液晶高分子分子复合材料

液晶高分子分子复合材料

液晶高分子分子复合材料(Molecular composite)是一种新型的高分子复合材料，其概念是由日本的Takayanagi 和美国的 Helminiak等人差不多同时在20世纪80 年代初提出来的。它通常是指将纤维与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观复合，也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂，并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分子基体中的复合材料。

制备方法

（1）共沉淀法

此方法是先将棒状聚合物与柔性链聚合物溶解在共同的溶剂中。在低于液晶形成的临界浓度下沉淀。在临界浓度以下，溶液为各向同性。将各向同性溶液挤出到凝固浴中，尽可能避免结晶的生成最理想的情况是，混合溶液通过凝固剂排除溶剂之后，棒状分子以分子分散在柔性链分子中。但实际上，用此法制备的分子复合材料，其棒状分子形成很细的微纤网络，其尺寸约为 30nm左右。

（2）悬浮法

涂覆在玻璃板上的 PPTA 薄层溶液用丙酮浸渍后用超声波辐射，从丙酮的悬浮液中得到直径为几十纳米的微纤，

然后用聚氯乙烯的四氢呋喃溶液置换丙酮，并采用溶液浇铸的方法制得 PPTA 微纤增强PVC的复合材料薄膜。当复合薄膜的微纤形成缠结时，断裂表面的扫描电镜照片有许多大孔隙形成。这说明微纤呈均匀分散状态。原则上讲，此种方法不能制备理想结构的分子复合材料。

（3）原位聚合法

原位聚合是可使刚性分子链均匀分散的一种分子复合的新途径。在挠曲性聚合物(或单体)中溶解刚直棒状聚合物分子单体，然后就地聚合，生成的刚棒聚合物分子均匀地分散在高分子基体中而形成原位分子复合材料。这种方法称为原位聚合法。也就是将可形成刚性高分子链的单体溶解于基材聚合物（或单体）中，在一定条件下就地聚合而对基体起到增强的作用，从而达到两种高分子的分子水平的接触。（4）原位复合法

原位复合法是指用热致液晶高分子与热塑性聚合物熔融共混。由于液晶高分子有易于取向的特点，共混物熔体在加工剪切应力下注射或挤出成型时，液晶微区取向成微纤结构，这种结构在制品冷却过程中能有效地被冻结起来。液晶高分子能起到加工助剂和增强剂的双重作用，取向液晶相对熔体流动起润滑作用，使熔体粘度降低。这对改进热塑性复合材料的加工很有益处。

（5）嵌段- 共聚法

嵌段 - 共聚法是实现分子复合的一种有效途径。由于嵌段与接枝液晶高分子其分子链上同时具有液晶段和非液晶段，从而可以在原位复合材料的两相界面上起到“桥梁” 的作用，增进两相界面的相互粘结，阻止了聚合物共混在溶液中发生的相分离。其溶液加工方法是先合成ABA嵌段成“毛状棒” 悬挂嵌段共聚物，其中一段是刚棒状聚合物，另一段为热塑性聚合物。然后用该共聚物进行溶液加工制备分子复合材料。

液晶高分子分子复合材料的优越性

①分子复合材料是短纤维增强复合材料向分子水平的延伸，因此要求增强剂应该是具有高的长径比的刚棒状分子。分子单元应具有高强度、高模量，以达到最大的增强效果。刚性棒状的液晶高分子则具有很大的长径比。比如，分子量等于 30000 和 41000 的PBZT分子的长径比分别高达 300 和 400。理想的液晶高分子复合材料是以单个分子作为增强剂，长径比可达到最大值，因此可以实现最大的增强效果；

②热致液晶高分子的微纤增强是一个显微层次上的增强技术，在加工过程中形成纤维(所谓原位) 。与宏观纤维相比，它没有纤维与基体材料间的粘合困难，也不存基质相和增强剂相在热膨胀系数方面的差异，能充分发挥增强剂分

子的内在优异力学性能，高温环境稳定性和高耐热性等。此外，少量的液晶高分子的加入可以降低共混物的加工粘度，减少了对设备的磨损，从而提高了制备的经济性；

③由于增强剂的分散程度达到了分子级别，所以能够充分发挥材料的协同效应。同时，较少用量的增强剂就可以实现大量宏观纤维的增强效果。例如 1983 年道氏公司的黄文芳等人用刚性棒状高分子聚苯并噻唑增强柔性高分子聚苯并咪唑，成功地制得了高性能分子复合材料。其抗拉强度达700MPa，模量达62GPa，能耐550 ℃高温，综合性能超过铝合金，而比重仅为铝合金的 50 %；

④由于液晶高分子分子复合材料通常是通过共聚或与极少量的硬段分子共混，其加工性能与基体的加工性能相当。它们适应于各种成型方法，而不需要特别的加工设备。传统的纤维复合材料存在着加工污染大、设备磨损严重、难于加工、流动性差等不足；

⑤可用作热塑性工程塑料，也可制成适合于不同用途的纤维和薄膜，可见液晶高分子分子复合材料有着广泛的应用前景。

有机太阳能电池

结构原理

1 有机太阳能电池的原理

有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合物、卟啉、菁（cyanine）等。

2 有机太阳能电池的几种结构

有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N 异质结结构、染料敏化纳米晶结构。

3 单质结结构

单质结结构是以Schotty 势垒为基础原理而制作的有机太阳能电池。其结构为玻璃/金属电极/染料/金属电极，利用了两个电极的功函不同，可以产生一个电场，电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递，所以其光电转化率比较低。

4 P—N 异质结结构

P-N 异质结结构是指这种结构具有给体-受体（N 型半导体与P 型半导体）的异质结结构，结构如图。其中半导体的材料多为染料，如酞菁类化合物、苝四甲醛亚胺类化合物，利用半导体层间的D/A 界面（Donor——给体，Acceptor——

受体）以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性，使分离效率提高。Elias Stathatos 等人结合无机以及有机化合物的优点制得的太阳能电池光电转化率在5%~6%。

5 NPC(nanocristaline photovoltaic cell)染料敏化纳米晶

染料敏化太阳能电池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2 薄膜为光阳极的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC 太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高，一般可稳定于10%，并且纳米晶TiO2 制备简便，成本低廉，寿命可观，具有不错的市场前景。

石墨烯 - 简介

石墨烯

石墨烯（Graphene）的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。它一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦