專利名稱：一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜有著重要的應(yīng)用價(jià)值，例如共軛聚合物與富勒烯碳60的復(fù)合薄膜，由于其具有光電響應(yīng)特性(Science 1995，270，1789-1791)，再加上聚合物薄膜所特有柔性、易于加工和低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的普遍關(guān)注。但為了獲得良好的器件性能，要求這些碳60在薄膜中以納米級(jí)(幾十納米)晶體的結(jié)構(gòu)形式存在。然而由于碳60在普通溶劑中較差的溶解能力及其易結(jié)晶性，很難控制其在薄膜中的結(jié)晶行為以及所獲晶體的形貌。因此共軛聚合物與直徑小于100納米的均勻一維碳60納米晶復(fù)合薄膜尚未有報(bào)道。但這種薄膜在有機(jī)半導(dǎo)體材料，光電器件、超導(dǎo)和磁性材料等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提供一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜。所述的復(fù)合薄膜是共軛聚合物與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜；構(gòu)成該復(fù)合薄膜的共軛聚合物和碳60的質(zhì)量配比為2∶8-8∶2；一維碳60納米晶均勻分散于共軛聚合物復(fù)合薄膜基體中；所述的一維碳60納米晶的直徑為10-100nm；所述的共軛聚合物是可以與碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯，并且能制備出沒有大面積相分離的均勻原始復(fù)合薄膜的共軛聚合物；所述共軛聚合物優(yōu)選可溶性聚噻吩、可溶性聚對(duì)苯撐乙烯或可溶性聚芴。
本發(fā)明目的之二是提供一種共軛聚合物復(fù)合薄膜的制備方法，其步驟和條件如下把質(zhì)量配比為2∶8-8∶2的共軛聚合物和碳60溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯溶劑中，得到總濃度為10-30毫克/毫升的聚合物/碳60的溶液；把該溶液在室溫下旋涂、刮涂或打印，揮發(fā)掉溶劑，得到共軛聚合物和碳60原始復(fù)合薄膜；常溫下將該薄膜放在容器中，以每秒0.01-1.0倍飽和二硫化碳蒸氣壓的升壓速率升壓，在0.83-0.98倍飽和蒸氣壓的溶劑氣氛中靜置2秒-18小時(shí)，得到共軛聚合物與一維碳60納米晶納米晶復(fù)合薄膜。
所述的共軛聚合物是可以與碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯，并且能制備出沒有大面積相分離的均勻原始復(fù)合薄膜的共軛聚合物；所述共軛聚合物優(yōu)選可溶性聚噻吩、可溶性聚對(duì)苯撐乙烯或可溶性聚芴。
如附圖所示，本發(fā)明所述共軛聚合物與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜的透射電子顯微學(xué)和原位選區(qū)電子衍射研究結(jié)果表明，所得到的復(fù)合薄膜中碳60納米晶是以納米尺度的一維晶體存在，而且均勻分散于共軛聚合物基體中，一維碳60納米晶的直徑為10-100nm。
本發(fā)明提供的是共軛聚合物與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，該薄膜中一維碳60納米晶的直徑為10-100nm，均勻分散于共軛聚合物基體內(nèi)，從而同時(shí)達(dá)到兩相微相分離和碳60結(jié)晶。這類共軛聚合物/一維碳60納米晶復(fù)合材料在光電子、超導(dǎo)、場(chǎng)效應(yīng)管等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。


圖1是根據(jù)實(shí)施例14所述條件制備的高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩/碳60復(fù)合薄膜的透射電子顯微像。
圖2是根據(jù)實(shí)施例9所述條件制備的高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩/碳60復(fù)合薄膜的透射電子顯微像及其電子衍射花樣，電子衍射表明碳60已經(jīng)結(jié)晶，對(duì)應(yīng)于明場(chǎng)像中的納米棒狀結(jié)構(gòu)。
圖3是根據(jù)實(shí)施例5所述條件制備的高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩/碳60復(fù)合薄膜的透射電子顯微像及其電子衍射花樣，箭頭表示碳60晶體生長(zhǎng)方向。
圖4是根據(jù)實(shí)施例16所述條件制備的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撐乙烯/碳60復(fù)合薄膜的透射電子顯微像及其電子衍射花樣，電子衍射表明碳60已經(jīng)結(jié)晶，對(duì)應(yīng)于明場(chǎng)像中的納米棒狀結(jié)構(gòu)。
圖5是根據(jù)實(shí)施例17所述條件制備的聚(9，9′-二辛基芴)/碳60復(fù)合薄膜的透射電子顯微像及其電子衍射花樣，電子衍射表明碳60已經(jīng)結(jié)晶，對(duì)應(yīng)于明場(chǎng)像中的納米棒狀結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1把質(zhì)量配比為1∶1的高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩和碳60溶于二硫化碳溶劑中，得到總濃度為10毫克/毫升的的高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩/碳60的二硫化碳溶液，把該溶液在室溫條件下旋涂，揮發(fā)掉二硫化碳溶劑，得到聚合物和碳60復(fù)合薄膜；在室溫下，將該復(fù)合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳飽和蒸氣壓的升壓速率升到0.98倍二硫化碳飽和蒸氣壓的氣氛下靜置18小時(shí)，得到一種高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例2采用刮涂成薄膜。其余的條件和步驟同實(shí)施例1，得到一種高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例3采用打印成薄膜。其余的條件和步驟同實(shí)施例1，得到一種高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例4升壓速率為每秒0.01倍蒸氣壓，其余的條件和步驟同實(shí)施例1，得到一種高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例5把質(zhì)量配比為1∶1的高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩和碳60溶于鄰二氯苯溶劑中，得到總濃度為10毫克/毫升的的高規(guī)整性聚(3-丁基)噻吩/碳60的鄰二氯苯溶液，把該溶液在室溫條件下旋涂，揮發(fā)掉鄰二氯苯溶劑，得到聚合物和碳60復(fù)合薄膜；在室溫下，將該復(fù)合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳飽和蒸氣壓的升壓速率升到0.96倍二硫化碳飽和蒸氣壓的氣氛下靜置30秒，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例6采用原料配方為高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩/C60(質(zhì)量配比8∶2)。其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例7采用原料配方為高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩/C60(質(zhì)量配比2∶8)。其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例8升壓速率為每秒0.1倍蒸氣壓，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例9二硫化碳蒸氣壓為0.83倍飽和蒸氣壓，靜置時(shí)間為5秒，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為10nm。
實(shí)施例10薄膜在二硫化碳?xì)夥罩徐o置時(shí)間為2秒，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為40nm。
實(shí)施例11薄膜在二硫化碳?xì)夥罩蟹胖脮r(shí)間為10秒，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為70nm。
實(shí)施例12原料溶液為甲苯溶液，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例13原料溶液為氯苯溶液，其余的條件和步驟同實(shí)施例5，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為100nm。
實(shí)施例14升壓速率為每秒0.1倍蒸氣壓，其余的條件和步驟同實(shí)施例9，得到一種高規(guī)整性聚(3-己基)噻吩與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為10nm。
實(shí)施例15把質(zhì)量配比為1∶1的和碳60溶于鄰二氯苯溶劑中，得到總濃度為10毫克/毫升的的聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撐乙烯/碳60的鄰二氯苯溶液，把該溶液在室溫條件下旋涂，揮發(fā)掉鄰二氯苯溶劑，得到聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撐乙烯和碳60復(fù)合薄膜；在室溫下，將該復(fù)合薄膜以每秒1.0倍二硫化碳飽和蒸氣壓的升壓速率升到0.98倍二硫化碳飽和蒸氣壓的氣氛下靜置5秒，得到一種聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撐乙烯與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為40nm。
實(shí)施例16二硫化碳溶劑氣氛蒸氣壓為0.83倍飽和二硫化碳蒸氣壓，其余的條件和步驟同實(shí)施例14，得到一種聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基癸氧基))-1，4-苯撐乙烯與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為10nm。
實(shí)施例17溶液為總濃度20毫克/毫升的聚(9，9′-二辛基芴)/碳60(質(zhì)量配比1∶1)的鄰二氯苯溶液，其余的條件和步驟同實(shí)施例15，得到一種聚(9，9′-二辛基芴)與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜，其中一維碳60納米晶的平均直徑為10nm。
權(quán)利要求
1.一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜，其特征在于，所述的復(fù)合薄膜是共軛聚合物與一維碳60納米晶復(fù)合薄膜；構(gòu)成該復(fù)合薄膜的共軛聚合物和碳60的質(zhì)量配比為2∶8-8∶2；一維碳60納米晶均勻分散于共軛聚合物復(fù)合薄膜基體中；所述的共軛聚合物是可以與碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯，并且能制備出沒有大面積相分離的均勻原始復(fù)合薄膜的共軛聚合物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜，其特征在于，所述的一維碳60納米晶的直徑為10-100nm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種共軛聚合物復(fù)合薄膜，其特征在于，所述共軛聚合物為可溶性聚噻吩、可溶性聚對(duì)苯撐乙烯、可溶性聚芴。
4.如權(quán)利要求1所述的一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于步驟和條件如下把質(zhì)量配比為2∶8-8∶2的共軛聚合物和碳60溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯溶劑中，得到總濃度為10-30毫克/毫升的共軛聚合物/碳60的溶液；把該溶液在室溫下旋涂、刮涂或打印，揮發(fā)掉溶劑，得到共軛聚合物和碳60原始復(fù)合薄膜；常溫下將該薄膜放在容器中，以每秒0.01-1.0倍飽和二硫化碳蒸氣壓的升壓速率升壓，在0.83-0.98倍飽和蒸氣壓的二硫化碳溶劑氣氛中靜置2秒-18小時(shí)，得到一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜；所述的共軛聚合物是可以與碳60共溶于二硫化碳、甲苯、氯苯或鄰二氯苯，并且能制備出沒有大面積相分離的均勻原始復(fù)合薄膜的共軛聚合物。
5.如權(quán)利要求4所述的一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于步驟和條件如下所述共軛聚合物為可溶性聚噻吩、可溶性聚對(duì)苯撐乙烯或可溶性聚芴。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種共軛聚合物與納米粒子的復(fù)合薄膜。該復(fù)合薄膜是由共軛聚合物與一維碳60納米晶組成。碳60納米晶尺寸分布均勻，直徑在10－100nm之間，且在共軛聚合物基體中分散性很好，不產(chǎn)生明顯的聚集。這種復(fù)合薄膜可以應(yīng)用于有機(jī)聚合物太陽能電池、超導(dǎo)器件、光電探測(cè)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和和場(chǎng)效應(yīng)管等電子器件。
文檔編號(hào)C08K3/00GK101029142SQ20071005539
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者楊小牛, 魯廣昊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所