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聚噻吩共軛高分子 (P3HT) 在二甲苯溶液中相分離行為對其光物理行為 (UV and PL) 分析

聚噻吩共軛高分子 (P3HT) 在二甲苯溶液中相分離行為對其光物理行為 (UV and PL) 分析. 學生 : 李建毅 指導教授：陳建宏　教授. 前言. 由先前實驗室研究得知共軛高分子因具有廣泛且優異的光電性質， 因此是未來軟性光電材料科學及軟性顯示器應用所感興趣的材料。 　　　這是因為共軛高分子在溶液中具有便利製程及優異光電特性；如光學異方向性或其他的相轉變結構。. Conjugate Structure. Poly(3-hexylthiophene) (P3HT). P3HT 具有良好的共軛結構，為導電性高分子。

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聚噻吩共軛高分子 (P3HT) 在二甲苯溶液中相分離行為對其光物理行為 (UV and PL) 分析

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  1. 聚噻吩共軛高分子(P3HT)在二甲苯溶液中相分離行為對其光物理行為(UV and PL)分析 學生 : 李建毅 指導教授：陳建宏　教授

  2. 前言 由先前實驗室研究得知共軛高分子因具有廣泛且優異的光電性質，因此是未來軟性光電材料科學及軟性顯示器應用所感興趣的材料。 　　　這是因為共軛高分子在溶液中具有便利製程及優異光電特性；如光學異方向性或其他的相轉變結構。

  3. Conjugate Structure Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) P3HT具有良好的共軛結構，為導電性高分子。 具有良好的溶解性、加工性、及環境安定性而且也具有優越的電導性及電致發光性。

  4. 藥品製備 二甲苯(Xylene) 共軛高分子 (P3HT) 高分子 溶液 利 用 強 噴 燈 封 管 配製預定濃度 加熱至70℃ 共軛高分子完全溶解 濃度 0.1 wt% ~ 3.0 wt%

  5. 1.老化時間對P3HT/二甲苯溶液的光物理行為

  6. 1-1.P3HT/二甲苯隨老化時間凝膠變化圖 圖為在室溫條件進行觀察降溫效應對P3HT/二甲苯溶液之光變色性及凝膠的行為

  7. 1-2.動態光散射檢測 圖為在=90o和 20oC條件下，不同濃度之P3HT/二甲苯溶液在老化時間為0 min 的歸一化強度相關函數，G(t)和Decay time 的關係圖。

  8. 圖為在=90o和 20oC條件下，不同濃度之P3HT/二甲苯溶液在老化時間為300 min 的歸一化強度相關函數，G(t)和Decay time 的關係圖。

  9. 50μm 50μm 50μm 50μm 50μm 50μm 50μm (a) 0min (b) 30min (c) 60min (d) 150min (e) 210min (f) 270min (g) gel 1-3.偏光顯微鏡分析 (a)-(f) 1.0 wt% P3HT/二甲苯溶液 在20 ℃條件下隨不同老化時間 的POM圖 (g) 完整凝膠的POM圖。

  10. 1-4.結構對光吸收及光激發光的能階變化影響 S1 (Excited state) S0 (Ground state) Higher emission energy (0-0 band) → Single chain or intrachain emission Lower emission energy (0-1, 0-2 band) → Aggregated state of polymer chain

  11. 1-5.UV-Vis 吸收光譜分析 0-1 0-0 0-2 圖為1.0wt%之P3HT/二甲苯溶液隨老化時間對其UV-vis吸收光譜的影響。

  12. 0.1 wt% 0.5 wt% 1.5 wt% 3.0 wt%

  13. 1-6.PL光激發光 0-1 0-0 0-2 圖為1.0 wt%的P3HT/二甲苯溶液隨著老化時間增加的光激發光(PL)變化圖。

  14. 0.1 wt% 0.5 wt% 1.5 wt% 3.0 wt%

  15. 1-7.Avrami equation k是結晶速率常數 n是Avrami指數 0-1 1.53 2.03 圖為1.0wt% 之P3HT/二甲苯溶液之PL光譜中610nm之 0-1能量激發峰 隨老化時間變化經由Avrami equation 計算所得到之斜率

  16. 50μm 50μm 50μm 50μm 1-8.偏光顯微鏡觀察結晶型態 0.5 wt% 1.0 wt% 1.5 wt% 3.0 wt% 圖為AFM 1.6 wt %之(a)新鮮溶液與(b)凝膠圖

  17. 2.不同溫度對P3HT/二甲苯溶液的光物理行為

  18. 2-1.相轉變 升溫速率 1℃/min

  19. 2-2.PL光激發光(不同溫度) 0-1 0-0 0-2 圖為1.0 wt%的P3HT/二甲苯溶液在不同溫度下的光激發光(PL)變化圖。

  20. 0.5 wt% 0.1 wt% 1.5 wt% 3.0 wt%

  21. 結論 1. P3HT共軛高分子鏈有序狀態的振動耦合主要是來自於P3HT共軛高分子鏈的聚集、凝膠化以及結晶化等分子鏈間的相互作用所造成。 2.由DLS得知P3HT共軛高分子在二甲苯溶液中的聚集行為極快速的形成(分別為溶液狀、熔膠狀、凝膠狀)，並且P3HT共軛高分子在二甲苯溶液中的聚集行為隨高分子濃度之增加明顯增加。

  22. 3.在UV-vis圖譜中隨著濃度升高，老化過程中的結晶化或聚集誘導發展出兩個光激吸收峰明顯增加。意味在較高濃度中所形成的聚集結構或結晶化結構明顯增加。3.在UV-vis圖譜中隨著濃度升高，老化過程中的結晶化或聚集誘導發展出兩個光激吸收峰明顯增加。意味在較高濃度中所形成的聚集結構或結晶化結構明顯增加。 4.由PL在不同溫度下檢測得知P3HT/二甲苯溶液大約在 45℃~50 ℃會瓦解而成均一溶液。 5.由偏光顯微鏡以及Avrami equation可以看出 P3HT/二甲苯溶液凝膠結構從低濃度的二維生長結構 轉變為高濃度的一維與二維共存的生長結構。

  23. 參考文獻 (1) Roncali, J. Chem. Rev. 1992, 92, 711. (2) McCullough, R. D.; Ewbank, P. C. In Handbook of Conducting Polymers, 2nd ed.; Skotheim, T. A., Elsenbaumer, R. L., Reynolds, J. R., Eds.; Marcel Dekker; New York, 1998, p 225. (3) McCullough, R. D.; Lowe, R. D.; Jayaraman, M.; Andersion, D. J. Org. Chem. 1993, 58, 904. (4 ) Li, Y. C.; Chen, K. B.; Chen, H. L.; Hsu, C. S.; Tsao, C. S.; Chen, J. H.; Chen, S. A. Langmui,2006, 22, 11009. (5) Rahman, M. H.; Chen, C. Y.; Liao, S. C.; Chen, H. L.; Tsao, C. S.; Chen, J. H. Liao, J. L.; Ivanov, V. A.; Chen, S. A. Macromolecular2007, 40, 6572. (6) Rahman, M. H.; Chen, C. Y.; Chen, H. L.; Chen, J. H.; Liao, S. C.; Liao, J. L.; Ivanov, V. A.; Chen, S. A. Langmuir2009, 25, 1667. (7) Chen, J. H.; Chang, C. S.; Chang, Y. X.; Chen, C. Y.; Chen, H. L. Macromolecules2009, 42, 1306. (8) Li, Y. C.; Chang, Y. X.; Chuang, P. Y.; Chen, H. L.; Chen, J. H.; Hsu, C. S.; Chen, K. B.; Tsao, C. S.; Chen, S. A. Langmuir 2009, 25, 4668. (9) Tracy, M. A.; Pecora, R. Annu. Rev. Phys. Chem.1992, 43, 525. (10) Petekidis, G.; Fytas, G.; Witteler, H. Colloid Polym. Sci. 1994, 272, 1457. (11) Tiesler, U.; Rehahn, M.; Ballauff, M.; Petekidis, G.; Vlassopoulos, D.; Maret, G.; Kramer, H. Macromolecules1996, 29, 6832. (12) Van der Schoot, P.; Odijk, T. J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 515. (15) Weissenburg, P.; Odijk, T.; Cirkel, P.; Mandel, M. Macromolecules 1995, 28, 2315. (16) Richtering, W.; Gleim, W.; Burchard, W. Macromolecules1992, 25, 3795. (17)Burroughes, J. H.; Bradly, D. D. C.; Brown, A. R.; Marks, R. N.; Mackay, K. Friend, R. H.; Burns, P. L.; Holmes, A. B. Nature 1990, 347, 539. (18)Friend, R. H.; Gymer, R. W.; Holmes, A. B.; Burroughes, J. H.; Marks, R. N.; Taliani, C.; Bradley, D. D. C.; dos Santos, D. A.; Brédas, J. L.; Löglund, M.; Salaneck, W. R. Nature1999, 397, 121. (19)Spreitzer, H.; Becker, H.; Kluge, E.; Kreuder, W.; Schenk, H.; Demandt, R. and Schoo, H. Adv. Mater. 1998, 10, 1340. (20)Nguyen, T. Q.; Doan, V.; Schwartz, B. L. J. Chem. Phys.1999, 110, 4068. (22) Niemi, V. M.; Knuuttila, P.; Osterholm, J. E.; Korvela, J. Polymer 1992, 33, 1559. (23) Chen, T.-A.; Wu, X.; Rieke, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 233. (24) Chen, T.-A.; Rieke, R. D. Synth. Met. 1993, 60, 175. (25) Siroinghaus, H.; Brown, P. J.; Friend, R. H.; Nielson, M. M.; Beehguaard, K.; Langeveld-Voss, B. M. W.; Spierling, A. J. H.; Janssen, R. A. J.; Meiger, E. W.; Herwing, P.; de Leeuw, D. M. Nature 1999, 40, 685.

  24. Thank you for your attention

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