[发明专利]一种由过孔方式产生的聚噻吩球形体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子纳米材料技术领域，具体涉及一种由过孔方式产生的聚噻吩球形体的制备方法。

背景技术

有机共轭高分子可以作为给体材料广泛应用在有机太阳能电池中。与传统无机太阳能电池相比，有机太阳能电池因其具有质量轻、价格低廉、柔韧性及易加工性等优点而越来越受到人们的关注。在影响有机太阳能电池光电转化效率的因素中，电子给体相和电子受体相的形貌起到至关重要的作用。例如，给体相和受体相分别所形成的区域大小，以及这两相所形成的互穿网络是否充分，是否连续等都会影响到激子的扩散以及可自由移动载流子的迁移等，进而影响到有机太阳能电池的光电转化效率。

在有机共轭高分子中，聚噻吩除了具有较高的载流子迁移率，又可以通过分子之间的π-π共轭作用结晶形成一维线性的纳米纤维，纳米纤维的宽度与激子的扩散距离相当，纳米纤维的长度保证其与受体材料形成有利于载流子传输的互穿网络，这些因素都有利于激子的扩散和载流子的传输，因而有利于有机太阳能电池光电转化效率的提高。为了进一步优化给体材料聚噻吩与受体材料之间的相结构，人们利用一系列的方法，例如控制聚噻吩的分子量，合成新型的噻吩聚合物，选择不同的溶剂等，来调控聚噻吩纳米结构，使其更有效地被应用在有机太阳能电池中。我们的研究发现，通过过孔的方式可以使一维线性聚噻吩纳米纤维转变成聚噻吩球形体。与其他的方法相比，我们的方法更简单，并且可以通过改变初始聚噻吩溶液的浓度，来控制过孔后聚噻吩球形体的大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效控制聚噻吩球形体形状及尺寸的聚噻吩球形体的制备方法。

为实现上述目的，本发明首先是在室温下，利用聚噻吩在选择性溶剂中自然冷却逐渐形成一维纳米纤维，然后利用流速调节仪，使聚噻吩纳米纤维在0.01 mL/s-0.3 mL/s的宏观流速下通过具有一定孔径的孔洞薄膜，实现由线性纳米纤维到球形体的转变。

形成球形体的聚噻吩具有如下的结构通式：

其中，聚噻吩和n与m有如下对应关系：

当n=m时，为均聚噻吩，当n≠m时，为嵌段聚噻吩

本发明中，形成球形体的一维线性纳米纤维是通过聚噻吩分子间的π-π相互作用结晶而成，纳米纤维的宽度通常为10-15 nm，高度通常为3-4 nm，长度通常为2-3 μm。

本发明中，所述的球形体的形成和大小具有聚噻吩溶液浓度和流速依赖性，聚噻吩溶液的浓度通过改变聚噻吩和选择性溶剂的配比来控制，聚噻吩溶液通过孔洞薄膜的流速可以通过流速调节仪来控制。

本发明中的一种聚噻吩球形体的制备方法，其具体步骤为：

（a）取聚噻吩加入到苯甲醚、邻二氯苯和环己酮等选择性溶剂中，通过改变聚噻吩和选择性溶剂的配比，控制初始聚噻吩溶液的浓度为0.1 mg/mL-0.5 mg/mL； 

（b）将聚噻吩溶液在50-100 ℃下加热搅拌6-24小时达到完全溶解状态，将完全溶解的聚噻吩溶液自然冷却至室温；

（c）将冷却到室温的聚噻吩溶液加入到 注射器中，同时在注射器出口处加上具有一定孔径的孔洞薄膜，孔径为220-450 nm，通过流速调节仪控制施加在注射器活塞上的压力，使聚噻吩纳米纤维在0.01 mL/s--0.3 mL/s的宏观流速下通过孔洞薄膜。

本发明所提供的一种由过孔方式产生的聚噻吩球形体及其制备方法具有如下特点:

1、所使用的聚噻吩既可以是均聚噻吩又可以是嵌段聚噻吩，选择性溶剂范围较广，此方法具有普遍适用性；

2、聚噻吩球形体的形成和大小具有聚噻吩溶液浓度和流速依赖性，如当宏观流速为0.25 mL/s时，可以通过改变初始聚噻吩溶液的浓度来控制过孔后聚噻吩球形体的大小，浓度越大，形成的聚噻吩球形体的尺寸越大；而当宏观流速较小，例如小于0.01 mL/s时，则不能形成聚噻吩球形体；    

3、通过由过孔方式产生的聚噻吩球形体可以稳定存在于聚噻吩溶液中；

4、通过由过孔方式来实现一维线性纳米纤维到球形体转变的方法操作简单，不需要复杂的实验步骤。

附图说明

图1为聚噻吩溶液过孔示意图，通过控制施加在注射器活塞2上的压力1使聚噻吩溶液3以一定的流速通过孔洞薄膜4。

图2 过孔前（a）和过孔后（b）聚噻吩溶液的原子力图像。

图中标号：1为压力，2为注射器活塞，3为聚噻吩溶液，4有孔洞的薄膜。

具体实施方式