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第七十三章 實驗想法(上)

更新時間:2021-03-29  作者:肥美的韭菜
兩人到門衛那里借來一輛手推車,在車上放了四個空的水桶,然后推著車來到老化學樓。

這里有一個專門的水龍頭,流出來的直接就是去離子水。

路上,許秋好奇問道:

“我用了這么久的去離子水,還不知道它和蒸餾水有什么區別呢。”

“主要是制備方法上的不同,”陳婉清道:

“去離子水的話,首先需要通過石英砂過濾顆粒較粗的雜質,然后將其高壓通過反滲透膜,最后還要經過紫外殺菌以去除水中的微生物。

假如此時電阻率還沒有達到純水的要求,可以再進行一次離子交換過程,其電阻率可達到18兆歐姆厘米以上。

相對而言,蒸餾水只是先氣化再冷凝,其電阻率一般沒有去離子水高,因此半導體工業中用的大多數是高純度的去離子水。”

……

兩人將去離子水運送回實驗室。

由于吳菲菲還在使用蒸鍍設備,所以現在不能往儲水艙中加水。

許秋將去離子水和修好的循環水系統復制到了模擬實驗室中,再次檢查了一遍,沒有發現異常。

“學姐,我們該做正事了,”許秋道:

“來討論合成給體材料的事情吧。”

“對哦,明天還要作報告呢。”陳婉清道:

“那你先來簡單介紹一下有機光伏材料的發展史吧,我正好也能檢驗一下你的文獻閱讀情況。”

許秋堅持每天閱讀文獻1小時已經超過兩個月了,連暑假都沒有停下。

所以他信心滿滿道:

“有機光伏材料,也就是用于電池器件的有效層材料,分為給體和受體兩種。

它們最初是被稱為電子給體和電子受體的,后來,人們為了書寫和交流方便,將‘電子’兩個字省略了。

在受到光照后,給體材料發生光電反應,生成激子,即電子-空穴對,激子在給/受體的界面處拆分為自由電子和空穴。

接著,自由電子從給體轉移到受體上,相當于給體材料給出電子,這也是電子給體這個名稱的由來。

在內建電場的作用下,電子經由受體材料,傳輸到電極負極,空穴則經由給體材料,傳輸到電極正極,電池正負極之間形成電勢差。

當電池外接有負載時,便形成了光電流。”

“原理部分基本正確,繼續吧。”陳婉清贊許道。

“受體材料的研究進展較為緩慢。”許秋道:

“最早用的是富勒烯C-60,到現在,被廣為使用的受體材料仍然是富勒烯的衍生物PCBM。

唯一的改進就是,原先的C-60不能溶于有機溶劑,所以需要蒸鍍到器件上,而PCBM可以與給體材料共混,一同旋涂。

當然,研究者們也開發了其他受體材料,比如苝二酰亞胺的衍生物等等,但效率一直做不高,難以突破10%。

而近年來,給體材料取得了很大的突破,研究空間很大。

學姐是不是因為這個原因,才選擇做給體材料的呢?”

“沒錯,研究空間大,就意味著好發文章,”陳婉清倒是大方承認。

“你繼續說吧,別打岔了。”

“聚合物給體材料,整體上可以分為三代。”許秋道:

“最開始是聚對苯乙烯,PPV的衍生物,后來是經典的聚3-己基噻吩,P3HT,現在則是以PTB7-TH為代表的D-A共聚物。

聚合物是由一個或多個結構單元重復連接的大分子,相對分子質量通常在1萬以上。

PPV、P3HT都是均聚物,顧名思義,就是只有一個結構單元的聚合物。

而第三代興起的D-A共聚物,就是由兩個結構單元D單元和A單元聚合而成。

因為D、A單元種類繁多,這使得第三代給體材的料數量也急劇膨脹起來。”

“是啊,”陳婉清接過話茬:

“其中大部分給體材料的光電性能都不怎么樣,所以就只能發在二三四區期刊灌灌水。

像是PTB7-TH等性能優異的材料,還能發在自然的大子刊,比如自然·光學上。

但目前最高12%左右的效率還是不夠看,想要登頂自然主刊基本上不可能。

我覺得主要原因在于這些都是基于PCBM受體的體系。

而這個體系有個很大的問題,就是PCBM它幾乎不吸收可見光,因此太陽光的透射損失非常大。

我覺得有機光伏領域未來的出路,就在于合成一種新的高性能受體,取代并推翻PCBM常年的壟斷地位。

當然,這些都是之后的事情了,我們還是先考慮眼前吧。

我來講講我的思路。”

“之前我只是和魏老師學習過合成方法,用的是比較便宜的原料,實驗操作倒是都學會了。

但是合成新材料的話,實驗條件肯定會變化,還是要重新摸索。

所以我打算先找已經報道過的兩種高性能的D-A聚合物。

將它們在分子級別上共混,做個三元的聚合物,比如我用三種結構單元D、A1、A2進行聚合。”

“學姐,你等下,你這個想法我聽著怎么這么耳熟呢?”許秋想了想,說道:

“這不就是學姐的上一篇文章的思路嗎,只是這次改成了用三種單元合成一種給體材料了。”

陳婉清笑了笑,沒有正面答復,而是拋出一個問題:

“學弟,你有合成經驗嗎?”

“沒有。”許秋搖搖頭。

“你知道怎么樣改進聚合物分子的主鏈,才能使之性能提高嗎?”

“不太清楚。”

“你知道支鏈對分子性能的影響有哪些嗎?”

“結晶性能?”

“答的不全面,其實包括溶解性、結晶性能、能級結構,甚至光吸收性能等等,都會有影響。”陳婉清道:

“但是,就算我知道會有哪些影響,也只是從其他人的文獻上知道的,這種經驗終究不是自己的。

讓我設計一種新的分子結構,就像是探索一個新領域,這是需要勇氣的,也是需要能力的。

我可不想花費大量的時間,結果啥都做不出來,所以我才選擇了比較穩妥的,好出文章的實驗思路。

畢竟一入合成深似海呀,實驗周期長,動輒好幾個月,而且不做到最后根本不知道結果如何,我怕我文章發不夠,畢業難啊。

倒是學弟時間充裕,可以選擇挑戰一下。

怎么樣,有沒有什么想法。”

“有。”許秋道。

“還真有啊,說來聽聽。”

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