共轭聚合物光电材料设计
共轭体系的设计与合成
共轭体系的设计与合成共轭体系是一种在有机化学中广泛应用的重要概念。
通过合适的设计与合成，可以构建具有共轭结构的有机分子，从而改变其光电性能，并应用于光电器件、生物传感器等领域。
本文将介绍共轭体系的设计与合成方法，并探讨其在不同应用方面的潜力。
从化学角度来说，共轭体系是指由相邻的π电子系统组成的一系列原子或官能团。
共轭体系的设计与合成是有机化学的重要研究领域，它提供了一种有效的方法来调控化合物的光电性能。
通过在分子中引入共轭结构，可以改变分子的能带结构和电荷分布，从而调节其光吸收、电导率和发光性能。
共轭体系的设计与合成方法有很多种，其中最常见的包括共轭聚合物的合成和有机小分子的修饰。
共轭聚合物是由具有共轭结构的单体通过化学反应而形成的高分子材料。
通过调节聚合物的结构和组成，可以实现对其光电性能的调控。
例如，在聚合物链中引入电子受体和供体单元，可以实现电荷的传输和分离，从而提高光电转换效率。
与聚合物相比，有机小分子的设计与合成更加灵活。
通过在有机小分子中引入共轭结构，可以改变其荧光、吸波和透明性等性质。
例如，通过合成具有共轭结构的有机染料，可以实现对光吸收和发光的调控。
这些有机染料可以应用于光电器件、生物传感器等领域，展示出良好的应用潜力。
除了共轭体系的设计和合成方法，还有一些其他的因素需要考虑。
例如，在设计和合成过程中需要考虑分子的溶解性、稳定性和结构特征等。
这些因素会直接影响分子的应用性能和稳定性。
因此，在共轭体系的设计与合成过程中，需要综合考虑各种因素，以实现对分子性能的调控和优化。
共轭体系的设计与合成不仅在有机光电材料领域有广泛应用，还在生物医学领域展示出了很大的应用潜力。
通过将共轭体系引入到生物分子中，可以实现对其荧光和电荷传输性能的调节，并应用于生物传感器和荧光标记等领域。
这些应用不仅可以提高生物分析的灵敏度和特异性，还可以为生物医学研究提供新的工具和方法。
综上所述，共轭体系的设计与合成是有机化学中的一个重要研究领域。
共轭高分子构建有机电致发光材料
共轭高分子构建有机电致发光材料随着科技的进步和人们对环保、节能的追求，有机电致发光材料作为新一代发光材料备受关注。
其中，共轭高分子材料因其独特的电致发光特性而成为研究热点。
本文将重点探讨共轭高分子在构建有机电致发光材料方面的应用。
共轭高分子是由具有π电子的共轭系统连接而成的高分子。
它们具有良好的导电性和光学性质，可以通过调整共轭系统的结构和改变共轭系统的长度来实现不同颜色的发光。
在有机电致发光材料领域，共轭高分子具有以下几个方面的优势。
首先，共轭高分子具有较高的载流子迁移率。
共轭系统中的π电子能够在分子内自由传递，因此共轭高分子具有良好的电子传输性能。
同时，与传统的发光材料相比，共轭高分子的载流子迁移率更高，有利于提高材料的发光效率。
其次，共轭高分子能够通过固态聚集诱导发光（AIE）效应来提高发光效率。
传统的有机发光材料在溶液状态下通常会发生聚集引起的荧光猝灭现象，导致发光效率低下。
而共轭高分子由于其特殊的分子结构，可以在固态聚集状态下发射荧光，极大地提高了发光效率。
此外，共轭高分子具有良好的机械可加工性。
由于其分子链结构的可调性，共轭高分子材料可以采用不同的制备方法制备成薄膜、纳米颗粒等形式，并且能够通过改变共轭结构来调控材料的光学性质。
这使得共轭高分子在多种载体中的应用非常灵活。
在实际应用中，共轭高分子构建的有机电致发光材料已广泛应用于照明、显示、生物医学等领域。
首先，在照明领域，共轭高分子材料可以制备出高亮度、高效率的有机发光二极管（OLED）。
OLED作为新一代照明技术，具有色彩饱和度高、能耗低、可柔性等优势，已经成为发展方向。
而共轭高分子材料的应用使OLED的发光效果更加均匀且可调，能够满足更多场景下的照明需求。
其次，在显示领域，共轭高分子材料可以用于构建有机发光场效应晶体管（OFET）。
OFET作为一种新型的显示技术，具有反应速度快、透明度高等优势，因此被广泛应用于触控面板、柔性显示等领域。
共轭聚合物半导体材料
共轭聚合物半导体材料
共轭聚合物半导体材料是一种新型的半导体材料，具有优异的电学性能和光学性能，因此在光电子学领域有着广泛的应用前景。
共轭聚合物半导体材料的特点是具有共轭结构，即分子中的π电子能够形成共轭体系，从而形成导电带和价带。
这种共轭结构使得共轭聚合物半导体材料具有良好的电子传输性能和光学吸收性能，因此被广泛应用于有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机发光二极管等领域。
共轭聚合物半导体材料的制备方法主要有两种：化学合成和物理气相沉积。
化学合成方法是通过有机合成化学反应来制备共轭聚合物半导体材料，这种方法可以控制共轭聚合物的分子结构和性能，但是制备过程较为复杂。
物理气相沉积方法是将共轭聚合物半导体材料通过蒸发或溅射的方式沉积在基底上，这种方法可以制备大面积、均匀的薄膜，但是对共轭聚合物的分子结构和性能控制较难。
共轭聚合物半导体材料的应用前景非常广泛。
在有机太阳能电池领域，共轭聚合物半导体材料可以作为光电转换层，将太阳能转化为电能。
在有机场效应晶体管领域，共轭聚合物半导体材料可以作为电子传输层，控制晶体管的电子传输性能。
在有机发光二极管领域，共轭聚合物半导体材料可以作为发光层，实现有机发光二极管的发光效果。
共轭聚合物半导体材料是一种非常有前途的新型半导体材料，具有优异的电学性能和光学性能，可以应用于光电子学领域的多个方面。
随着科技的不断发展，共轭聚合物半导体材料的应用前景将会越来越广阔。
共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池
第37卷第1期高分子材料科学与工程V o l .37,N o .1 2021年1月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GJ a n .2021共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池李永舫(中国科学院化学研究所中国科学院有机固体重点实验室北京分子科学国家实验室,北京100190;苏州大学材料与化学化工学部先进光电材料重点实验室,江苏苏州215123)摘要:全聚合物太阳电池(a l l -P S C s )由p -型共轭聚合物给体和n -型共轭聚合物受体共混活性层夹在I T O 透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单㊁质量轻㊁可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点㊂给体和受体光伏材料的吸收互补和能级匹配是获得高效a l l -P S C 的关键㊂本文将介绍n -型共轭聚合物受体光伏材料的发展历史,重点介绍最近发展的窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料,基于这类聚合物受体光伏材料的全聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过了15%㊂最后对共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池下一步的研究方向和研究重点进行了展望㊂关键词:共轭聚合物受体光伏材料;全聚合物太阳电池;n -型共轭聚合物;小分子受体高分子化中图分类号:TM 914.4 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2021)01-0200-09d o i :10.16865/j.c n k i .1000-7555.2021.0041收稿日期:2020-11-20基金项目:国家自然科学基金资助项目(51820105003);广东省基础与应用基础研究重大项目(2019B 030302007)通讯联系人:李永舫,主要从事聚合物太阳电池光伏材料和器件研究, 聚合物太阳电池由p -型共轭聚合物给体和n -型有机半导体受体共混形成的活性层,夹在1个透明导电电极和1个金属顶电极之间所形成,具有器件结构和制备过程(溶液加工)简单㊁质量轻,以及可以制备成柔性和半透明器件等突出优点,近年来成为新型太阳电池领域的研究热点㊂得益于窄带隙有机小分子受体光伏材料的开发和发展[1],聚合物太阳电池的能量转换效率(P C E )最近2年迅速提升至15%~17%的水平[1~3],达到了可以向实际应用发展的门槛㊂聚合物太阳电池中使用的n -型有机半导体受体光伏材料主要包括三大类:可溶性C 60衍生物P C B M 等富勒烯衍生物㊁可溶性n -型小分子有机半导体以及可溶性n -型共轭聚合物㊂从H e e ge r 等提出本体异质结聚合物太阳电池概念的1995年[4]到2015年的20年时间里,P C B M 和茚双加成C 60衍生物I C B A 等富勒烯衍生物是受体材料的主流㊂2015年,占肖卫等合成了具有中心稠环给电子单元(D )和两端强吸电子单元(A )的A -D -A 结构窄带隙有机分子受体I T I C [5],开启了非富勒烯小分子受体的新阶段㊂2019年,邹应萍等通过在A -D -A 结构受体分子的中间稠环单元的中心再引入两边带2个吡咯环的吸电子单元(苯并噻二唑或苯并三氮唑),设计合成了具有A -D A D -A 结构的新型窄带隙有机小分子受体材料Y 6[1,6]㊂Y 6的吸收边红移至950n m 左右,并且吸收系数显著增强,基于P M 6为给体㊁Y 6为受体的聚合物太阳电池的P C E 达到了15.7%[1]㊂然后,随着器件的优化,基于Y 6及其衍生物为受体的聚合物太阳电池的能量转换效率快速提升至超过17%㊂使用n -型共轭聚合物为受体的全聚合物太阳电池在报道本体异质结聚合物太阳电池的1995年已经发表[7]㊂H e e ge r 等[7]使用一种腈基取代的P P V 衍生物C N -P P V (见F i g.1)作为聚合物受体与p -型共轭聚合物M E H -P P V 为给体共混制备了全聚合物太阳电池㊂他们使用卤钨灯为光源,在光强20mW/c m 2的光照条件下P C E 为0.25%㊂后来,由于基于富勒烯受体的聚合物太阳电池效率的提升,n -型聚合物受体和全聚合物太阳电池未能受到大家的重视,不过,相关研究工作并没有中断㊂早在2007年,占肖卫开发了一种基于艹北酰亚胺的n-型D-A共聚物受体光伏材料P D I-D T T (F i g.1)㊂使用本组开发的带噻吩乙烯共轭侧链的聚噻吩衍生物P3为给体,所制备的全聚合物太阳电池P C E达到了1.02%[8]㊂其后直到2016年,全聚合物太阳电池使用的受体聚合物基本上都是基于艹北酰亚胺和萘酰亚胺的n-型D-A共聚物,其中最具代表性的是基于萘酰亚胺的D-A共聚物N2200(见F i g.1)㊂但是到2015年之前,使用N2200等聚合物受体的全聚合物太阳电池的最高P C E仅达到4%~5%的水平[9]㊂2016年,笔者课题组使用N2200为受体以及与之能级匹配和在可见-近红外区吸收互补的聚合物J51为给体,使全聚合物太阳电池的能量转换效率提升至8.27%[10]㊂然而,受体聚合物N2200较弱的吸收系数限制了全聚合物太阳电池短路电流的提升㊂考虑到最近几年发展的窄带隙小分子受体光伏材料具有强的吸收系数的优点,笔者课题组提出了将窄带隙小分子受体高分子化的分子设计策略,通过将窄带隙小分子受体I D I C衍生物作为结构单元与噻吩结构单元共聚㊁合成了新型聚合物受体光伏材料P Z1,基于P Z1为聚合物受体的全聚合物太阳电池的P C E 于2017年进一步提升至9.19%[11],随后,这种小分子受体高分子化策略[12]受到同行广泛关注㊂最近将这种策略应用于高效明星受体分子Y6合成了一些高效聚合物受体光伏材料,将全聚合物太阳电池的P C E提升至12%~15%的水平[13~16]㊂F i g.1D e v e l o p m e n t h i s t o r y o f t h e n-t y p e c o n j u g a t e d p o l y m e r a c c e p t o r sw i t h t h e i rm o l e c u l a r s t r u c t u r e s a n d a l l p o l y m e r s o l a r c e l l s[12]1基于P P V衍生物受体的全聚合物太阳电池前已述及,最早用于全聚合物太阳电池的聚合物受体是P P V衍生物C N-P P V[8]㊂Y u和H e e g e r使用M E H-P P V为给体㊁C N-P P V为受体制备了全聚合物太阳电池㊂他们首先测量了M E H-P P V和C N-P P V 的吸收光谱,发现C N-P P V的吸收较M E H-P P V发生了明显的红移,因此共混膜的吸收较M E H-P P V 有明显拓宽㊂他们通过测量荧光光谱证明了在光照条件下在M E H-P P V和C N-P P V之间发生了电荷转移,致使共混膜较纯给体和纯受体膜的荧光强度显著减弱㊂他们使用卤钨灯为光源,研究了基于M E H-P P VʒC N-P P V的全聚合物太阳电池P C E与入射光光强之间的关系,发现P C E随光强的减弱有所提高㊂在光强为20mW/c m2光照条件下P C E为0.25%[7]㊂笔者课题组邹应萍2006年报道了一个在苯环上乙腈基取代的P P V衍生物n-型共轭聚合物D O C N-P P V(分子结构见F i g.2)[17],该聚合物薄膜的吸收边在600n m左右,与C N-P P V的吸收光谱类似㊂用电化学方法测量的D O C N-P P V的L UMO能级为-3.65e V,HOMO能级在-5.75e V左右㊂其L U-MO和HOMO能级较C N-P P V有所降低㊂值得注意的是,在电化学循环伏安测量中发现,D O C N-P P V102第1期李永舫:共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池在负电位区呈现了1对可逆的还原和再氧化电流峰,但在正电位区却表现出弱的不可逆的氧化电流峰,表明了D O C N -P P V 的n -型有机半导体的特性㊂笔者课题组还通过原位电化学吸收光谱研究了D O C N -P P V 的n -型掺杂/脱掺杂特性[17]㊂F i g.2 M o l e c u l a r s t r u c t u r e o fD O C N -P P V 笔者课题组进一步研究了D O C N -P P V 用作聚合物受体在全聚合物太阳电池中的光伏性能,桑广义等使用带共轭侧链的聚噻吩衍生物做给体㊁D O C N -P P V 为受体制备的全聚合物太阳电池,能量转换效率达到了0.8%[18]㊂2 艹北酰亚胺和萘酰亚胺类D -A 共聚物受体光伏材料2007年,占肖卫开发了一种基于艹北酰亚胺的n -型D -A 共聚物受体光伏材料P D I -D T T (F i g.1)㊂使用本组开发的带噻吩乙烯共轭侧链的聚噻吩衍生物P 3为给体,所制备的全聚合物太阳电池P C E 达到了1.02%[8]㊂进而,笔者课题组与占肖卫课题组合作对受体聚合物和给体聚合物的结构进行了改进,研究了受体聚合物中给体单元三并噻吩的个数以及给体聚合物聚噻吩衍生物的噻吩乙烯共轭侧链长度对其光伏性能的影响㊂其中给体单元为二连三并噻吩的聚合物受体和共轭侧链为三连噻吩乙烯的聚合物给体共混(质量比3ʒ1)制备的全聚合物太阳电池,在AM 1.5,100mW /c m 2光照条件下,P C E 达到1.48%[19]㊂2015年,张有地等[20]合成了艹北酰亚胺(P D I)受体单元与苯并二噻吩(B D T )给体单元的D -A 共聚物受体P (P D I -B D T -O )和P (P D I -B D T -T )(分子结构见F i g.3),其中带噻吩共轭侧链的聚合物受体P (P D I -B D T -T )在可见-近红外区具有宽的吸收,其禁带宽度为1.64e V ㊂L UMO 能级为-3.89e V ,与传统富勒烯受体P C B M 的L UMO 能级相近㊂以P (P D I -B D T -T )为受体㊁P T B 7-T h 为聚合物给体的全聚合物太阳电池,P C E 达到4.71%(J s c =11.51m A /c m 2,V o c =0.80V ,F F =51.1%)㊂而基于烷氧基取代的聚合物受体P (P D I -B D T -O )的全聚合物太阳电池的效率只有2.75%[20]㊂ F i g .3 M o l e c u l a r s t r u c t u r e s a n d e l e c t r o n i c e n e r g y l e v e l s o f p o l y m e r d o n o rP T B 7-T h a n d p o l y m e r a c c e pt o r s P (P D I -B D T -O )a n dP (P D I -B D T -T ) 2008年,郭旭刚等[21]报道了一种基于萘酰亚胺的具有高电子迁移率的n -型共轭聚合物N 2200(分子结构见F i g.1),其后N 2200成为了一种有代表性的商品化的聚合物n -型有机半导体材料,并被广泛应用于全聚合物太阳电池中㊂2016年,笔者课题组[10]使用本组开发的宽带隙聚合物J 51为给体㊁N 2200为受体制备了全聚合物太阳电池(F i g .4(a ),F i g.4(b )),给体聚合物J 51和受体聚合物N 2200在300~850n m 光谱范围内吸收互补(见F i g.4(c ))㊂它们的L UMO 和H OMO 能级也能很好地匹配㊂基于J 51ʒN 2200的全聚合物太阳电池的能量转换效率达到了8.26%,是2016年当时全聚合物太阳电池的最高效率㊂应磊和黄飞等开发了一系列宽带隙聚合物给体光伏材料[22],与N 2200共混制备的全聚合物太阳电池的能量转换效率提高到了9%~11%的水平[22~26]㊂3 窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料202高分子材料科学与工程2021年N 2200用作聚合物受体在全聚合物太阳电池中虽然表现出不错的光伏性能,但是其在近红外区较弱的吸收系数限制了器件短路电流和能量转换效率的进一步提高㊂而2015年以来发展的窄带隙小分子受体光伏材料具有很强的吸收㊁合适的电子能级和优异的光伏性能,考虑到小分子受体光伏材料的这些突出优点,笔者课题组提出了窄带隙小分子受体高分子化(P o l y m e r i z e d s m a l lm o l e c u l e a c c e pt o r ,P S MA [12])制备强吸收聚合物受体光伏材料的合成策略[11,12]㊂用小分子受体I D I C 为分子结构单元与噻吩单元S t i l l e偶连共聚,合成了以I D I C 为分子骨架㊁噻吩为联接单元的窄带隙强吸收的聚合物受体P Z 1(见F i g .1)[11],F i g .5为P Z 1的合成路线㊂与其对应的小分子受体骨架I D I C -C 16相比,P Z 1的吸收光谱发生了红移,HOMO 和L UMO 能级略有上移㊂受体的L UMO 能级上移有利于提高器件的开路电压㊂基于P Z 1为聚合物受体㊁宽带隙聚合物P B D B -T 为给体的全聚合物P S C 的能量转换效率提升到了9.19%(开路电压(V o c )=0.830V ,短路电流(J s c )=16.05m A /c m 2,填充因子(F F )=68.99%)[11]㊂ F i g .4 (a )D e v i c e s t r u c t u r e o f t h e a l l -P S C s .(b )M o l e c u l a r s t r u c t u r e s o f b r o a d b a n d g a p p o l y m e r d o n o r J 50,J 51a n d n a r r o wb a n d g a p p o l ym e r a c c e p t o rN 2200.(c )A b s o r p t i o n s p e c t r a o f p o l y m e r d o n o r J 51,p o l y m e r a c c e pt o rN 2200a n d t h e i r b l e n d f i l m F i g .5 S y n t h e t i c r o u t e o f t h e p o l y m e r a c c e pt o rP Z 1b a s e do n t h em o l e c u l a r b a c k b o n e o f I D I Cd e r i v a t i v e [11]302 第1期李永舫:共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池这一P S MA策略在设计和合成新型聚合物受体方面显示了以下突出的优点:(1)保留了窄带隙小分子受体(S MA)宽和强吸收以及合适的电子能级的突出优点;(2)增加了好的成膜性㊁高的形貌和光照稳定性等的聚合物受体的优点;(3)可供选择的小分子受体分子骨架和连接单元种类繁多,为合成各种P S-MA㊁调制P S MA的物理化学性质和光伏性能提供了条件㊂因此,自2017年P Z1发表以来的这几年时间里,P S MA策略受到了聚合物光伏材料研究者的重视,基于这一策略合成了一系列高效聚合物受体光伏材料㊂3.1基于I D I C的P S M A s在2017年当时已报道的A-D-A结构窄带隙小分子受体光伏材料中,I D I C具有相对简单的中心稠环给电子(D)结构(取代基为简单的柔性烷基链),这比较方便与连结单元共聚而合成聚合物,同时㊂噻吩是一个简单的可用于共聚的共轭结构单元㊂所以笔者课题组设计合成的第1个P S MA聚合物受体就是基于I D I C与噻吩单元的共聚物P Z1(F i g.5)[11]㊂需要指出的是,P Z1中的I D I C单元上的烷基侧链较小分子受体I D I C有所延长,这是由于聚合物的溶解度较小分子有所下降,为了保证足够的溶解度,聚合物骨架中I D I C单元上的柔性侧链需要增加碳链的长度㊂P Z1薄膜在700n m处的最大吸收达到1.3ˑ105 c m-1,远高于N2200薄膜的吸收系数㊂因此,与基于N2200的全聚合物太阳电池相比,基于P Z1的全聚合物太阳电池(使用P B D B-T(分子结构见F i g.6)为聚合物给体)在近红外区的光电转换外量子效率(E Q E)显著增强,从而获得了高的短路电流和高的能量转换效率(9.19%)[11]㊂张茂杰等使用P M6(分子结构见F i g.6)为聚合物给体,基于P Z1的a l l-P S C 的V O C提高到0.96V,J s c达到17.1m A/c m2,P C E 达到了11.2%[27],这在论文发表时的2019年是当时全聚合物太阳电池的最高效率之一㊂颜河等[28]合成了一系列以I D I C为分子骨架㊁苯并二噻吩(B D T)为连结单元的P M S A,即B D T上带烷基和氟取代噻吩侧链的P F B D T-I D T I C(F i g.6)㊂P F B D T-I D T I C在704n m处的最大吸收达到2.74ˑ105c m-1,其薄膜吸收边为767n m,较P Z1的吸收边(800n m)有所蓝移,而其L UMO能级(-3.85 e V)与P Z1相似㊂使用P M6为聚合物给体,基于P F B D T-I D T I C的a l l-P S C s的P C E达到10.3% (V O C=0.97V㊂陈义旺等[29]将B D T连结单元上的侧链换成带烷硫基和氟取代噻吩和带硅烷基取代噻吩,分别合成了聚合物受体P F S-I D I C和P S i-I D I C,这2种聚合物受体也具有与P F B D T-I D T I C类似的L UMO能级和高的吸收系数(超过1.1ˑ105 c m-1)㊂使用P M6为聚合物给体,基于P S F-I D I C 的全聚合物太阳电池的P C E达到10.8%,而基于P S i-I D I C的器件的P C E为8.29%㊂L i等[30]合成了一系列二连噻吩(B T)为连接单元㊁I D I C为分子骨架的P S MA s,包括P I D I C2T,B T 单元上氟取代的P I D I C2T2F和B T单元上氯取代的P I D I C2T2C l(F i g.6)㊂发现B T单元上卤素取代能增强分子之间的π-π相互作用和提高聚合物受体得额电子迁移率㊂其中P I D I C2T2C l表现出最好的光伏性能,基于P I D I C2T2C l的全聚合物太阳电池的P C E达到7.11%,而基于P I D I C2T2F和P I D I C2T2C l 的器件效率分别只有4.96%和4.89%㊂凡群平等[31]合成了以C,S i,G e原子桥连的二噻吩为连结单元的P S MA s P F2-D T C,P F2-D T S i和P F2-D T G e (F i g.6)㊂不同的桥连原子对聚合物的吸收边没有明显影响(吸收边都在785n m),但是影响了聚合物的结晶性能㊁吸收系数㊁电子迁移率,以及共混膜的形貌㊂P F2-D T S i膜具有最高的吸收系数(1.31ˑ105 c m-1)㊂使用P M6为聚合物给体,基于P F2-D T S i的全聚合物太阳电池的P C E达到10.77%[31]㊂另外,基于P F2-D T S i的柔性器件具有非常好的柔韧性和抗弯折性能[31]㊂凡群平等还改变连接单元合成了另外2种P S MA sP F3-D T C和P F3-D T C O(F i g.6)㊂P F3-D T C O薄膜在745n m处的系数达到1.34ˑ105 c m-1,电子迁移率达到8.32ˑ10-4c m2/(V㊃s)㊂基于Y6ʒP F3-D T C O的a l l-P S C的P C E达到10.13%[32]㊂张茂杰等[33]使用I T I C类的分子结构骨架合成了聚合物受体材料P N1(F i g.6),P N1在550~800 n m范围内具有宽和强的吸收㊁-3.85e V的合适的L UMO能级㊁有序的分子堆积和有利于电子传输的F a c e-o n定向结构㊂基于P M6ʒP N1的a l l-P S C s具有1.0V高的开路电压,P C E达到10.5%㊂颜河等[34]合成了一个与P N1类似的P S MA P T-I D T T I C (F i g.6),基于P M6为给体㊁P T-I D T T I C为受体的a l l-P S C的P C E提高到12.06%㊂最近,凡群平等[35]使用非共轭的连结单元合成了一种P S MAP F1-T S4(F i g.6),基于P M6ʒP F1-T S4的a l l-P S C s的P C E也达到了8.63%,并且这种402高分子材料科学与工程2021年全聚合物太阳电池具有很好的热稳定性和好的溶解性㊂F i g .6 M o l e c u l a r s t r u c t u r e s o f t h e p o l y m e r d o n o r s P B D B -T ,P M 6a n d t h eP S M A p o l y m e r a c c e pt o r sw i t h t h e m o l e c u l a r b a c k b o n e o f I D I Cd e r i v a t i v e[12]3.2 基于Y 6的P S M A s2019年初,邹应萍等[1]报道了明星受体分子Y 6,其吸收边达到950n m ,基于Y 6的聚合物太阳电池的P C E 很快提升至15%~17%的水平[1~3,36,37]㊂Y 6优越的光伏性能很快引起了P S MA 研究者的注意,基于Y 6的P S MA s 很快成为了聚合物受体光伏材料的热门研究方向,并且将全聚合物太阳电池的能量转换效率迅速提升至12%~15%的新高度㊂应磊和黄飞等[14]合成了基于Y 6的P S MA s ,P J 1(F i g.7),发现这种P S MA 在600~900n m 波长范围内有宽和强的吸收,并且其吸收光谱随聚合物相对分子质量的增加而发生红移和增强,高分子量的P J 1-H薄膜的吸收系数达到1.39ˑ105c m -1㊂基于P B D B -T ʒP J 1-H 的a l l -P S C 获得了14.4%的高的能量转换效502 第1期李永舫:共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池率(V O C=0.90V,J S C=22.3m A/c m2,F F=70%)㊂同时,这种全聚合物太阳电池具有非常好的热稳定性,并且其光伏性能对器件活性层厚度不敏感,这有利于将来实际应用的大面积制备㊂与此同时,闵杰等[15]合成了类似的㊁稠环上具有稍短侧链的P S MA P Y T(F i g.7),具有中间分子量的P Y T M(M n= 12.3ˑ103)具有较高的光伏性能,基于P Y T M-的a l l-P S C s的P C E达到13.44%㊂F i g.7M o l e c u l a r s t r u c t u r e s o f t h eP S M A p o l y m e r a c c e p t o r sw i t h t h em o l e c u l a r b a c k b o n e o fY6d e r i v a t i v e[12]笔者课题组杜家琦等[13]报道了一系列基于Y6分子骨架㊁噻吩连结单元和酯基取代噻吩(E T)为第三功能基团的三元共聚P S MA s P T P B T-E T x (F i g.7)㊂通过控制E T单元的含量调制了聚合物的吸收和电子能级㊂使用P B D B-T为聚合物给体,基于P T P B T-E T0.3的a l l-P S C s的P C E达到12.52%,并且该器件具有较好的光照稳定性㊂周二军等[38]使用B D T为连结单元合成了基于Y6的P S MA A701 (F i g.7)基于P B D B-TʒA701的全聚合物太阳电池的P C E为10.70%㊂最近应磊等[16]在Y6骨架单元末端中引入氟取代,合成了新的P A S M聚合物P F A1㊂氟原子的引入进一步增强了分子之间的相互作用,提高了光伏性能㊂以他们合成的P T z B I-o F为聚合物给体㊁P F S1为聚合物受体的全聚合物太阳电池的P C E突破了15%,达到了15.11%[16]㊂4小结和展望n-型共轭聚合物受体和全聚合物太阳电池(a l l-P S C),与基于富勒烯受体和n-型小分子有机半导体受体的聚合物太阳电池一样,已经经历了25年的发展历程㊂全聚合物太阳电池的能量转换效率(P C E),从早期基于C N-P P V聚合物受体的不到1%,发展到基于艹北酰亚胺和萘酰亚胺的D-A共聚物受体(有代表性的聚合物为N2200)的8%~10%,再到最近基于P S MA聚合物受体的器件突破15%,达到了可以向实际应用发展的门槛㊂全聚合物太阳电池具有成膜性优越㊁抗弯折柔韧性好㊁光照稳定性和形貌稳定性高等突出优点,有望在柔性聚合物太阳电池中优先获得实际应用㊂要想真正实现柔性全聚合物太阳电池的应用,还需要在以下几个方面开展深入的研究工作㊂(1)聚合物光伏材料和全聚合物太阳电池的稳定性研究:3~5年的使用寿命是实现柔性聚合物太阳电池实际应用的最低要求,因此研究和解决光伏材料和器件的稳定性问题是实现实际应用的关键㊂稳定性问题包括光伏材料的化学稳定性㊁光照稳定性㊁形貌稳定性以及器件光伏性能的可重复性和稳定性㊂602高分子材料科学与工程2021年聚合物光伏材料的化学稳定性和形貌稳定性应该优于小分子材料,但是其相对分子质量控制和批次稳定性需要下大功夫㊂聚合物光伏材料的光照稳定性仍缺少明晰的结论,需要开展系统的研究工作㊂(2)新型P S MA聚合物受体光伏材料的设计和合成:窄带隙小分子受体高分子化(P S MA)策略为新型聚合物受体的设计合成开辟了有效的途径㊂最近几年,窄带隙小分子受体获得了快速发展,各种新型小分子受体不断涌现,这为设计和合成新型P S MA 奠定了基础,提供了分子骨架源泉㊂(3)柔性全聚合物太阳电池的器件制备和优化:全聚合物太阳电池将来的应用领域应该是柔性器件,然而当前柔性全聚合物太阳电池的研究还比较少㊂应该在大面积全聚合物太阳电池的溶液加工制备方法㊁电极界面修饰层材料的选取㊁界面修饰层材料对器件稳定性的影响,以及柔性器件的隔水隔氧封装等方面开展系统深入的研究工作㊂为将来柔性全聚合物太阳电池的工业化制备和应用打下基础㊂参考文献:[1] Y u a n J,Z h a n g Y,Z h o uL,e t a l.S i n g l e j u n c t i o no r g a n i c s o l a rc e l lw i t h o v e r15%e f f i c i e n c y u s i n g f u s e d-r i n g a c c e p t o r w i t he l e c t r o n-d ef i c i e n t c o r e[J].J o u l e,2019,3:1140-1151.[2]W u Y,Z h e n g Y,Y a n g H,e ta l.R a t i 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a t t r a c t e d g r e a t a t t e n t i o n sa n db e c o m eh o t r e s e a r c ht o p i cr e c e n t l y.T h ec o m p l e m e n t a r y a b s o r p t i o na n d e n e r g y l e v e lm a t c h i n g a r ec r u c i a l f o ra c h i e v i n g h i g h p o w e rc o n v e r s i o ne f f i c i e n c y(P C E)o f t h ea l l-P S C s.I n t h i s r e v i e wa r t i c l e,Iw i l ld e s c r i b e t h ed e v e l o p m e n th i s t o r y o f t h en-t y p ec o n j u g a t e d p o l y m e r sa n dt h ea l l-P S C s,a n d Iw i l lm a i n l y f o c u so n i n t r o d u c i n g t h en a r r o wb a n d g a p a n ds t r o n g a b s o r p t i o n p o l y m e r i z e ds m a l l m o l e c u l e a c c e p t o r s(P S MA s).T h eP C Eo f t h ea l l-P S C sw i t ht h eP S MAa s p o l y m e ra c c e p t o r r e a c h e do v e r 15%r e c e n t l y.F i n a l l y,f u t u r e p r o s p e c t so f t h eP S MA sa n dt h ea l l-P S C sw e r ed i s c u s s e do nt h en e x ts t e p r e s e a r c hd i r e c t i o n s.K 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超支化共轭聚合物—一种新型光电功能活性材料
国家基金（９０１０｜０２５和５００８３００２）项目
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图２ Ｎｉ２＋对ＢＰＹ．ＨＰＶ的荧光猝灭及Ｓｔｅｍ－Ｖｏｌｍｅｒ相关图
主要参考文献：
１ Ｓｃｏｔｔ．Ｍ．ｇｒａｙｓｏｎ．Ｊｅａｎ Ｍ．Ｊ．Ｆｒ６ｃ．ｈｅＬ Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００ｌ，１０１，３８１９－３９６７ ２ Ｂｏｓｍａｎ ＡＷ，Ｊａｎｓｓｅｎ ＨＭ，Ｍｅｉｊｅｒ ＥＷ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ １９９９，９９，１６６５－８８ ３ Ｈｅ，Ｑ．Ｇ．；Ｌｉｎ，Ｔ．；Ｙａｎｇ，Ｊ．Ｌ．；Ｌｉｎ．Ｈ．Ｚ．；Ｂａｉ，Ｆ．Ｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ａｄｖ．Ｔｅｃｈｎ０１．２００２，１３，１９６·２００； ４ Ｑｉｎｇｇｕｏ ＨＥ，Ｆｅｎｇ｜ｉａｎ ＢＡＩ，Ｊｕｎｌｉｎ ＹＡＮＧ，Ｈｏｎｇｚｈｅｎ ＬＩＮ，Ｈｏｎｇｍｉｎ ＨＵＡＮＧ，Ｇｕｉ ＹＵ，Ｙｏｎｇｆａｎｇ
富勒烯复合的基础和理论，采用原位聚合法制备超支化σ-共轭聚合物和富勒烯的复合物，即在富勒烯存在的条件下合成超支化聚硅烷。利用两者的3-D结构期望制备出一种新型具有互穿结构的电子给体/受体复合物。我们通过各种方式对产物进行全面的表征，研究了其结构、性质及潜在的应用前景。
结果表明，我们采用武兹缩合法成功合成出了超支化
５９７８－５９８３
７ Ｊｉｎ ＺＨＡＩ。Ｙｉｎｇｓｈｕｎ Ｌｉ，Ｑｉｎｇｇｕｏ ＨＥ，ＦｅｎｇｌＪａｎ ＢＡＩ，Ｌｅｉ ＪＩＡＮＧ Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１０５，４０９４，２００ ｌ
Ｈｙｐｅｒｂｒａｎｅｈｅｄ ＣＯｎｊｕｇａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｓ—吼ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
共轭聚合物半导体材料
共轭聚合物半导体材料共轭聚合物半导体材料是一类具有特殊结构的半导体材料，其独特的电子结构和优良的光电性能使其在光电子学领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍共轭聚合物半导体材料的基本概念、合成方法、电子结构以及应用前景。
一、共轭聚合物半导体材料的基本概念共轭聚合物是一种由多个共轭碳-碳键构成的高分子化合物，其分子骨架呈现出平面的π电子共轭结构。
这种特殊的结构使共轭聚合物具有良好的电子传输性能和光吸收性能。
其中，半导体材料是一种能带结构介于导体和绝缘体之间的材料，具有一定的导电性能和光电转换性能。
共轭聚合物半导体材料的合成方法多种多样，常见的方法包括化学合成法、溶液浸渍法、电化学合成法等。
其中，化学合成法是最常用的方法之一。
通过将合适的单体分子进行聚合反应，可以得到具有一定结构和性能的共轭聚合物半导体材料。
三、共轭聚合物半导体材料的电子结构共轭聚合物半导体材料的电子结构主要由其分子骨架中的π电子能级决定。
在共轭聚合物中，π电子能级分为导带和价带两部分。
导带中的电子可以自由移动，形成电子的导电性；而价带中的空位可以容纳电子，形成电子的传导性。
共轭聚合物半导体材料的电子结构决定了其导电性能和光吸收性能。
四、共轭聚合物半导体材料的应用前景共轭聚合物半导体材料在光电子学领域具有广泛的应用前景。
首先，由于其良好的导电性能，共轭聚合物半导体材料可以应用于有机电子器件的制备，如有机场效应晶体管、有机太阳能电池等。
其次，共轭聚合物半导体材料具有较高的光吸收性能和荧光发射性能，可以应用于光电转换器件的制备，如有机发光二极管、有机激光器等。
此外，共轭聚合物半导体材料还可以应用于传感器、光电存储器等领域。
共轭聚合物半导体材料具有独特的电子结构和优良的光电性能，其在光电子学领域具有广泛的应用前景。
通过合理的合成方法和优化的电子结构设计，可以进一步提高共轭聚合物半导体材料的性能，拓展其应用范围。
未来，共轭聚合物半导体材料有望在能源、信息、生物医学等领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出贡献。
光电材料的合成和性能分析
光电材料的合成和性能分析近年来，随着科技的迅猛发展，光电领域的研究也越来越受到人们的关注。
光电材料作为光电领域中的重要组成部分，对于推动光电领域的发展与进步起着至关重要的作用。
在光电材料的研究中，合成和性能分析是两个关键的环节，本文将就光电材料的合成及其性能分析进行探讨。
一、光电材料的合成光电材料的合成是指通过人工手段或化学方法，将各种元素或化合物材料按照一定的比例、方法和条件，进行加工、烧结、晶化等物理或化学变化的过程，从而获得一种具有特定光电性质的新材料。
常见的光电材料包括无机材料、有机材料及其复合材料等。
其合成方法各有所长，下面将分别进行阐述。
1. 无机材料的合成无机光电材料通常通过化学反应或物理方法进行制备，具体分为以下几种方法：(1) 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法采用溶胶形成和凝胶成形的方法来制备材料。
这种方法具体操作是将酸性或碱性的水溶性金属盐或还原剂入溶于适量的溶剂中，制备成溶胶，然后进行干燥，形成凝胶，并以适当温度和时间进行焙烧。
(2) 水热法水热法是将材料和合适的溶剂混合，加入化学添加剂，在高温、高压条件下反应几个小时，形成产品。
这种方法简单、环保且容易控制，适用于制备三维结构和纳米材料。
(3) 熔盐电解法熔盐电解法是一种利用在电解槽中熔化的盐溶液来制备材料的方法。
该方法需要比较高的温度和熔点，常用于制备锂离子电池或卤素离子电池的电极材料。
2. 有机材料的合成有机光电材料一般采用化学合成的方法进行，具体如下：(1) 共轭聚合物的合成共轭聚合物是一类具有良好光电性质的有机高分子，其合成一般包括自由基聚合、阴离子聚合、离子交换聚合及特殊的暗合等方法。
(2) 金属有机框架的合成金属有机框架是指由金属离子与有机配基反应形成的二维或三维网状结构化合物，其合成方法包括连续或间歇型的溶液法、气相法、水热法等。
该类材料具有良好的气体吸附、储存性能，适用于气体分离、气体传感等领域。
3. 合成注意事项在进行光电材料的合成时，需要特别注意以下几点：(1) 反应产物的存储应在无水、无氧的环境下进行，以避免反应产品的失效。
共轭聚合物的合成及性能研究
共轭聚合物的合成及性能研究共轭聚合物是一类具有高分子结构的材料，其分子结构中存在着一连串的共轭双键，这种结构使得共轭聚合物具有一系列优异的性能。
从材料科学的角度来看，共轭聚合物在光电器件、传感器、药物输送等领域具有广泛的应用前景。
因此，许多研究人员致力于共轭聚合物的合成及性能研究，旨在寻找更优异的共轭聚合物材料，以满足不同领域的需求。
共轭聚合物的合成是一个复杂而精细的过程。
通常情况下，共轭聚合物的合成可以通过热聚合、阳离子聚合、阴离子聚合等方式进行。
其中，热聚合是最为常见的方式，通过在适当条件下将含有双键的单体进行热反应，形成共轭结构。
此外，还可以通过催化剂的引入来促进聚合反应的进行，提高合成效率和产物质量。
然而，共轭聚合物的合成并不仅仅是简单的化学反应过程，更需要考虑材料的性能需求。
在合成共轭聚合物时，研究人员常常需要精确控制反应条件，以确保产物的结构和性能符合要求。
例如，通过合适的溶剂选择、反应温度控制、催化剂使用等手段，可以调控共轭聚合物的分子结构和链长，从而影响其光电性能、导电性能等方面的表现。
在共轭聚合物的性能研究中，光电性能是一个至关重要的指标。
共轭聚合物通常具有较宽的光谱吸收范围和高的吸收系数，适合用于光电器件的制备。
研究人员可以通过调控共轭聚合物的分子结构和取代基团，来改变其吸收光谱和光电转换效率。
此外，共轭聚合物还常常具有较好的荷移迁移性，有助于提高电荷载流子的迁移速度和电子传输效率。
除了光电性能，共轭聚合物的导电性能也是研究的重点之一。
共轭聚合物具有很高的载流子迁移率和导电性，适合用于制备柔性电子器件和传感器。
研究人员可以通过掺杂或引入掺杂物来调控共轭聚合物的导电性能，例如半导体性能、电阻率等参数。
此外，共轭聚合物还具有较好的机械性能和可塑性，适用于柔性材料的应用。
从合成到性能研究，共轭聚合物的研究领域涉及多个学科和领域，需要研究人员具备跨学科的知识和技能。
共轭聚合物的合成及性能研究既有基础研究的一面，也有应用研究的一面，需要研究人员在实验操作技能、数据解析能力、学科交叉融合等方面有较高水平。
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材料化学专业科研训练题目:共轭聚合物光电材料设计班级:材化12-3姓名:丁泽指导教师:杨照地哈尔滨理工大学化学与环境工程学院2014年12月31日摘要共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，具有独特的光、电、电化学等性质，由于共轭聚合物结构( 链段、构象、聚集态) 的复杂性，即使在非常精细的合成条件下，少量结构缺陷的形成也是难免的，本文在前人的基础上设计了在PPV共轭聚合物主链及侧链上添加各种基团或原子后的改性情况。
共轭聚合物，特别在其固态状态下激发能量能够有效传递，使得少量缺陷的影响被放大，对其光电性质产生巨大影响。
因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。
关键词共轭聚合物，PPV，光电材料，合成改性，修饰改性目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 共轭聚合物概述 (1)1.1.1 共轭聚合物的分类 (4)第2章PPV类共轭聚合物 (5)2.1 PPV类共轭聚合物简介 (5)2.2 共轭聚合物的缺陷 (6)2.2.1 PPV 的四面体缺陷 (8)2.2.2 PPV的氧化缺陷 (9)2.2.3 顺式缺陷 (10)第3章PPV共轭聚合物的改性研究 (13)3.1 PPV类聚合物的结构修饰 (13)3.1.1 侧链修饰 (14)3.1.2 主链修饰 (18)总结 (20)参考文献 (21)第1章绪论1.1共轭聚合物概述随着社会的发展，显示技术目前已经成为无论是信息化还是人们日常生活都离不开的高科技领域。
阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、无机LED、等离子体显示(PDP)和荧光管显示(VFD)等显示技术都在不断的被改进和完善，以适应社会和市场的要求。
CRT显象管技术是目前历史最悠久、技术最成熟、市场份额最大的一项显示技术，但是由于它体积大、电压高、功耗大、质量大以及难于制备出大面积显示器，所以越来越不能满足显示领域的要求。
目前应用较为广泛的液晶显示器(LCD)具有技术成熟、体积小(平板化)、色彩艳、市场份额较大等优点，但是它的视角小、反应速度慢、难以制备大面积器件。
而且由于工作条件要求高、抗震性差、功耗较高，其分辨率的提高是以牺牲对比度为代价来实现的，因此具有很大的局限性。
等离子体显示技术是近年来发展起来的另一种平板显示技术，它具有体积小、视角大、技术较为成熟和易制备大尺寸显示器等特点，但是它的功耗大、电压高，难以制成高清晰的显示器，这决定了等离子体显示技术只能在大面积显示领域有发展前途。
无机薄膜电致发光作为新型平板显示技术，具有全固体化、体积小、抗震、分辨率高、视角大、寿命长、对工作环境的要求低、可制备各种尺寸的显示器件等特点，缺点是蓝色发光亮度低、难以实现彩色显示、器件制备工艺复杂、生产成品率低和成本高等。
有机薄膜电致发光(OLED)是近年来发展迅速并且具有巨大应用前景的新型平板显示技术，按材料的分子结构和化学性质可以分为有机小分子材有机小分子发光材料的优点是：材料易提纯、亮度高、发光效率高和易蒸镀成膜，缺点是热稳定性差且易结晶。
聚合物光电材料的优点是:具有良好的热稳定性、优异的成膜性和较好的机械强度，但材料合成复杂，提纯困难，难制成多层器件。
其中聚对苯撑乙烯撑PPV [poly(1,4-phenylenevinylene)]以分子结构易于修饰、合成路线多、发光效率高、热稳定性好而成为最有发展前途的一类发光聚合物。
概括起来，有机电致发光显示器具有以下优点；(1)可实现红、绿、蓝多色显示；(2)具有面光源共同的特点，亮度达200cd/m3；(3)不需要背光源，可使器件小型化；(4)驱动电压较低（直流10V左右），节省能源；(5)器件厚度薄，附加电路简单，可用于超小型便携式显示装置；(6)响应速度快，是液晶显示器(LCD)的1000倍；(7)器件的象元数为320个，显示精度超过液晶显示器的5倍；(8)可制作在柔软的衬底上，器件可弯曲、折叠。
PPV类高分子是典型的空穴传输型发光材料，空穴的传输速度远远大于电子。
PPV类共扼高分子的发光是分子从基态被能量激发到激发态，再由激发态回到基态产生的辐射跃迁过程。
由于聚合物具有偶数电子，基态时电子成对存在于各分子轨道，根据Pauli不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋相反，所以分子中总的电子自旋为零(S)，这个分子所处的电子能态为单重态(2S+1=0)。
当分子中的一个电子吸收能量被激发时，通常它的自旋不变，则激发态是单重态；如果激发过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态（三重态的能量低于单重态）。
当分子在电场(或光能)激发下被激发到激发单重态(S)，经振动能级弛豫到最低激发单重态(S1)，最后最后产生Tl-So的电子跃迁，此时辐射出磷光。
由于PPV类共扼高分子的EL发光光谱和PL发光光谱极其相似，表明二者具有相同的激发态，即主要通过单重态激发而发出荧光。
[1]图1-1 PPV共扼高分子的辐射跃迁过程共轭聚合物是主链上有大离域π键的一类聚合物，其主链是由C-C单键和双键或三键交替连接而成。
在共扼聚合物中，离域兀键的存在使得聚合物从通常的绝缘体变为了半导体甚至是导体，形成长程的7L电子共扼体系，并通常具有荧光发光性质和导电性。
正是由于共轭聚合物的结构中存在着π电子共轭体系这样的特殊结构，因而具有许多优异的光电性能，如良好的非线性光学性质、半导体特性以及掺杂态的金属导电性等。
同时共轭聚合物还具备了聚合物所特有的良好加工性能和力学性能，可广泛应用于薄膜材料、太阳能转换材料、层压材料、特种胶粘剂、抗静电材料、导电材料以及涂料等领域。
近几十年来，共轭聚合物作为一种功能高分子材料受到了全世界科学家们的广泛关注。
各种各样的新型共轭聚合物被陆续设计和合成出来，这些新型的聚合物具有高的发光效率和电荷输送能力，被应用到与人们日常生活相关的各个领域。
共轭聚合物独特的电学和光学性能及其作为高分子材料的特点，决定了共轭聚合物广泛的应用前景，也推动了共轭聚合物材料突飞猛进的发展。
共轭聚合物一般可分为两大类：常规的共轭聚合物和共轭聚电解质。
常规的共轭聚合物按照主链结构进行划分主要有以下几种：聚乙炔(Polyaeetylene,PA)；聚噻吩(Polythiophene,PT)；聚吡咯(Polypyrrole,PPy)；聚苯胺(polyaniline,PANI)；聚苯撑(Polyparaphenylene,PPP)；聚苯撑乙烯撑(Polyphenylenevinylene,PPV)；聚苯乙炔(Polyphenyleneethynylene,PPE)；聚芴(Polynuorene,PF)等。
共轭聚电解质主要指的是在上述的常规共轭聚合物分子的主链上引入挂接离子基团的侧链。
包括阴离子聚电解质、阳离子聚电解质以及双离子型聚电解质等。
第2章PPV类共轭聚合物2.1PPV类共轭聚合物简介聚对苯乙烯撑[PPV,poly(para-phe-nylene vinylene)]是苯与乙炔的交替共聚物，1990年英国剑桥大学J.H.Burroughes等[2]首次报道了用PPV薄膜制备的黄绿色的发光器件，从此揭开了聚合物电致发光材料研究和器件制备的新篇章。
近十几年来，人们对PPV类聚合物进行了深入研究，通过合成设计可以得到各种结构的聚合物，实现蓝光到红光的发射，这对全彩色的聚合物电致发光器件(PLED)有重要的意义，因此PPV类的聚合物被认为是光电性、溶解加工性、应用性兼备的高分子品种。
目前对于PPV类聚合物的研究主要集中于以下两方面：利用各种取代基对PPV的侧链进行修饰；通过共聚的方法改变主链的结构。
PPV及其衍生物是目前研究最深入、最广泛的一类共轭高分子材料，也是最早应用于电致发光器件的一类材料，聚对苯撑乙烯(PPV)是一种由苯环和乙烯交替连接的具有大线性共轭结构的聚合物。
其重复单元由具有sp2杂化和π键的原子组成，PPV及其衍生物分子结构见图1-1所示[3]。
由于PPV本身的可改造性以及其能够形成高质量的薄膜，因而受到学界人士的亲睐，被认为是最具商业价值的聚合物半导体材料之一。
目前对PPV类衍生物的研究主要集中在以下几个方面：侧链修饰、主链修饰、以及与其它材料共混。
这些手段的主要目的是提高此类高分子材料的在有机溶剂中的溶解性，提高材料的荧光效率、电致发光(EL)及光致发光(PL)效率。
图1-1 (a)PPV的基本结构式；(b)、(c)PPV类衍生物的结构式近年来，人们对共轭聚合物的研究兴趣不断加强，研究内容和深度得到了很快的拓展。
PPV侧链可引入不同结构和长度的官能团，官能团的电子效应和共轭效应能够改变其能隙、光谱吸收特征及溶解性等性能。
进一步的研究已经表明：引入吸电子基或片段（如氟原子、氰基、硝基、杂环等）可以调节HOMO与LOMO能级，改善其电荷传输能力，调控发光颜色，提高发光效率,进而改善电致发光材料的性能。
2.2共轭聚合物的缺陷共轭聚合物具有独特的光、电、电化学等性质，已引起学术界和工业界的关注，过去的二十多年，对共轭聚合物的化学、物理、加工与应用进行了大量的研究，共轭聚合物的一些基本问题已经有了较深入的认识，共轭聚合物的具有本征半导体的特征，它们的电子结构、光及电学性质由共轭的骨架结构和侧链结构决定，可以通过化学的方法方便地调控。
共轭聚合物的溶液涂覆成膜工艺适合大面积薄膜生长、喷墨打印技术的利用实现了图案化的薄膜生长，半导体共轭聚合物在传统无机半导体器件显示应用潜力，这包括：发光二极管、固体光泵浦激光、光伏电池、图象传感、场效应晶体管等，它们独特的性质向人们展示了塑料电子学的应用前景，我国的共轭聚合物研究从20世纪70年代开始，与国际上研究同步开展，取得了一系列重要的进展和创新成果，形成了几个有特色的研究基地，具备要加强基础研究和对材料本质规律认识的研究，以发光共轭聚合物为例，国内的材料水平与国外特别是国外的化学公司比较，仍存在一定的差距，主要是在稳定性方面，当今聚合物发光二极管( PLED)已进入产业化的前夜，能否开发出具有自主知识产权、实用化、高稳定的材料是对我国科技界的一个考验。
共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，即使在非常精细的合成条件下，少量的结构缺陷也是难免的，这些结构缺陷，可能作为电子或空穴的势阱影响材料的载流子迁移性质：也可能作为激发能量的捕获中心影响材料的发光性质：更重要的影响，缺陷可能是聚合物降解的诱导中心，影响材料的长期稳定性，而且由于不同有效共轭长度之间的能量传递，少量的缺陷在共轭聚合物中可能被放大很多倍，这一现象在薄膜中更加突出，因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析方法、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。