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    研究發現分子尺度的混亂可提升聚合物性能
    2013-08-08  來源:中國聚合物網

       據物理學家組織網8月4日報道,美國科學家在8月4日出版的《自然·材料學》網絡版上指出,分子尺度的混亂實際上能提高聚合物的性能,最新研究有助于推動低成本的商用塑料太陽能電池的研發工作。

       幾十年來,科學家們一直希望制造出性能足以與硅基太陽能電池相媲美的柔性塑料太陽能電池,為此,他們需要制造出能讓電荷更快流經太陽能電池的塑料材料,有的科研團隊提出的解決辦法是將易彎曲的塑料聚合物設計成有序的類似硅的晶體,但電荷的流動性并沒有得到提升。

       研究的合作者、斯坦福大學材料學和工程學副教授阿爾伯托·塞羅表示:“人們以前認為,使聚合物更像晶體硅,其性能會更好,但結果卻是,聚合物并不會自然形成有序的晶體,它們會形成小而無序的晶體,這更好。科學家們應學會處理塑料固有的混亂天性。”

       該研究團隊對一類有機材料—半導體聚合物進行了研究,這類材料的碳原子鏈擁有塑料的屬性,但能吸收太陽光并導電。

       自從40年前半導體聚合物首次“問世”以來,它就一直被認為是制造超薄太陽能電池、發光二極管以及晶體管的理想材料。與目前的太陽能電池板內使用的硅晶體不同,半導體聚合物更輕便、能在室溫下采用噴墨打印機等廉價技術進行處理。塞羅表示:“在太陽能電池內,電子需要能很快通過材料,但半導體聚合物內電子的流動性很差,所以,它一直未被商業化。”

       為了解決這個問題,有科學家設計出了更加堅硬的聚合物來制造更有序的晶體,但仍然于事無補;而另外一些科學家則制造出了一些看起來無序的聚合物,其反倒擁有很高的電荷流動性。

       塞羅團隊將那些無序的材料送到了SLAC國家加速器實驗室進行X射線分析。結果表明,其中一種類似于指紋的分子結構變得無序。有些聚合物看起來像雜亂無章的意大利面條段,而另外一些則形成了僅僅幾個分子長的小晶體。塞羅說:“這些晶體小而無序,很難通過X射線發現它們,科學家們此前甚至認為它們并不存在。”

       通過分析流經這些樣本的電荷釋放出的光,科學家們確定,大量的小晶體散落在材料各處且通過長的聚合物鏈互聯。塞羅解釋道:“晶體的‘小體型’是提高其性能的關鍵。體型小使帶電的電子能通過晶體并快速移動到下一個晶體。隨后,長的聚合物鏈攜帶電子快速通過材料,所以,其比更大的未被連接的晶體擁有更高的電子流動性。另外,大的聚合物一般不溶于水,因此,無法使用噴墨打印技術等廉價技術進行處理。”  

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    (責任編輯:徐)
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