有機薄膜的制備及潤濕角的測定

..化學(xué)化工學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)實驗報告實驗實驗名稱：有機薄膜材料的制備及潤濕角的測定年級:2015級材料化學(xué)日期：2017/09/12姓名：汪鈺博學(xué)號：同組人:向澤靈預(yù)習(xí)部分實驗要求和目的了解有機電致發(fā)光薄膜的制備方法熟悉溶液的配制掌握利用旋涂儀制備薄膜方法二、知識背景有機電致發(fā)光的研究開始于20世紀(jì)60年代。最早關(guān)于有機電致發(fā)光的研究論文發(fā)表于1963年,pope等人在蔥單晶片的兩側(cè)加直流電壓,首次觀察有機化合物的EL現(xiàn)象。但直到1987年,美國柯達(dá)公司C.W.Tang用8-羥基喹啉鋁〔Alq3作為發(fā)光層,制成了高亮度〔>1,000cd/m2,高效率〔1.5lm/w綠色有機電致發(fā)光薄膜器件,其驅(qū)動電壓降到了10v以下,從而取得了有機薄膜發(fā)光器件研究史上劃時代的進(jìn)展,引起了人們對有機電致發(fā)光研究的關(guān)注。由于有機電致發(fā)光顯示器具有巨大的應(yīng)用前景,要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化就要求其制備要簡單,以降低生產(chǎn)成本,這就促進(jìn)人們對其制備工藝的研究。有機電致發(fā)光器件的制備中有機薄膜的制備是十分關(guān)鍵的,薄膜質(zhì)量的好壞直接影響著器件的效率和亮度。根據(jù)材料的不同,有機電致發(fā)光材料可分為兩大類：有機小分子和有機高分子。有機小分子常用真空蒸鍍的方法,而高分子材料常用旋涂的方法制備薄膜。隨著有機電致發(fā)光器件制備工藝的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了其他的制備工藝,如：有機蒸汽噴印〔organicvaporjetprinting、有機氣相沉積〔organicvaporphasedeposition、絲網(wǎng)印刷〔screenprinting和噴墨打印〔inkjetprinting等技術(shù),這對有機電致發(fā)光顯示器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有巨大的推動作用。三、實驗原理本實驗就是由于有機電致發(fā)光小分子成膜性差,利用有機高分子好的成膜性,在旋涂儀上旋涂成膜,制備有機電致發(fā)光摻雜薄膜。四、實驗儀器與藥品,試劑1、實驗儀器旋涂儀,小燒杯〔50ml或大試管〔20ml,膠頭滴管,電子天平,玻璃棒,雙面膠,玻璃片〔2cm×1cm,鑷子,棉球,量筒2、藥品及試劑8-羥基喹啉鋁〔Alq3,聚碳酸酯〔PC或聚苯乙烯〔PS,氯仿五、實驗步驟1、有機溶液的配制稱量5mg聚碳酸酯〔PC或聚苯乙烯〔PS兩份,分別放在兩個試管內(nèi),再分別稱量1mg,2mgAlq3,也分別放在上面的試管內(nèi),最后向兩個試管滴加10ml氯仿溶劑,配制成質(zhì)量比為1：5,2：5的兩種氯仿溶液已備下面涂膜之用。2、玻璃片的清洗首先用棉球蘸蒸餾水把玻璃片擦洗干凈,爾后,再用棉球蘸氯仿溶劑把玻璃片擦洗干凈,干燥后以備涂膜。旋涂膜的制備把上面干凈的玻璃片粘在旋涂儀的托盤上,在玻璃片上均勻滴注上面配制的溶液,啟動旋涂儀,旋轉(zhuǎn)停止,取下玻璃片,即可制得均勻的有機電致發(fā)光的摻雜旋涂膜。六、有機電致發(fā)光的摻雜旋涂膜的發(fā)光表征1、紫外光譜的測試2、熒光光譜的測試材料表面潤濕性測定實驗?zāi)康牧私饨佑|角測定的工作原理和測定裝置的基本結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)測定材料接觸角的基本操作實驗原理OθOθγl-gγs-lγs-gOθγs-gγl-gγs-l圖1接觸角示意圖當(dāng)液滴自由地處于不受力場影響的空間時,由于界面張力的存在而呈圓球狀。但是,當(dāng)液滴與固體平面接觸時,其最終形狀取決于液滴內(nèi)部的內(nèi)聚力和液滴與固體間的粘附力的相對大小。當(dāng)一液滴放置在固體平面上時,液滴能自動地在固體表面鋪展開來,或以與固體表面成一定接觸角的液滴存在。接觸角〔contactangle,θ,是指在一固體水平平面上滴一液滴,固體表面上的固－液－氣三相交界點處,其氣－液界面和固－液界面兩切線把液相夾在其中時所成的角。θ介于00-1800之間,是反映物質(zhì)與液體潤濕性關(guān)系的重要尺度,θ＝90o可作為潤濕與不潤濕的界限,θ<90o時可潤濕,θ>90o時不潤濕。對于理想的平固體表面,當(dāng)液滴在表面達(dá)平衡后。只有一個特定的接觸角。但實際固體表面是非理想的,因而會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,致使接觸角的測量往往很難重復(fù)。但經(jīng)過精心制備和處理的表面<使表面平滑、干凈>,有可能得到較重復(fù)的數(shù)據(jù),特別是高分子的表面。常用的接觸角測定方法:1.量角法液滴角度測量法是測量接觸角的最常用的方法之一,如圖2〔a,b所示。該方法是將固體表面上的液滴,或?qū)⒔胍后w中的固體表面上形成的氣泡投影到屏幕上,然后直接測量切線與相界面的夾角,直接測量接觸角的大小?！瞐停滴 〔b停泡 圖2量角法示意圖2.量高法如果液滴很小,重力作用引起液滴的變形可以忽略不計,這時的躺滴可認(rèn)為是球形的一部分,如圖3所示。接觸角可通過高度的測量按下式計算：式中h是液滴高度,d是滴底的直徑。若液滴體積小于10-4mL,可用此方法測定。若接觸角小于90o,則液滴稍大亦可應(yīng)用。圖3量高法示意圖決定和影響潤濕作用和接觸角的因素很多。如,固體和液體的性質(zhì)及雜質(zhì)、添加物的影響,固體表面的粗糙程度、不均勻性的影響,表面污染等。對于一定的固體表面,在液體液相中加入表面活性物質(zhì)?？筛纳茲櫇裥再|(zhì),并且隨著液體和固體表面接觸時間的延長,接觸角有逐漸變小趨于定值的趨勢,這是由于表面活性物質(zhì)在各界面上吸附的結(jié)果。三、儀器組成圖4JC2000系列靜滴接觸角/界面張力測量儀1.技術(shù)指標(biāo)測量方式：量角法,量高法,懸滴法；測量范圍：0～180o；測量精度：0.25o或0.5o；溫度范圍：室溫～90℃；測溫精度：0.01℃；圖像放大率：266pixel/mm；固體試樣尺寸：28×11mm；2.硬件組成圖5CCD攝像頭圖6圖像采集卡圖7CCD電源線圖8主機電源線圖9視頻連接線圖10串口連接線四．接觸角的測定1.樣品玻璃;溶膠-凝膠法制得的有個高分子薄膜；水2.啟動程序進(jìn)入jc2000c1子目錄,運行子目錄中的jc2000c1.exe即可啟動接觸角測量儀應(yīng)用程序,主界面如圖11所示：圖11接觸角測量儀應(yīng)用程序主界面圖3.采樣操作模塊使用說明屏幕左側(cè)的大正方形區(qū)域為圖像顯示區(qū),當(dāng)攝像機打開時,顯示區(qū)顯示當(dāng)前攝像機攝入的圖像內(nèi)容。屏幕右側(cè)：采樣操作模塊的功能菜單：活動圖像：激活視頻顯示區(qū)凍結(jié)圖像：凍結(jié)視頻顯示區(qū)圖像溫度：顯示當(dāng)前裝樣平臺溫度<單位:攝氏度℃;精度:0.1℃> 存儲狀況：顯示連續(xù)存儲時的即時狀況,BMP圖像文件名從菜單Option中的第二欄Setting中的第一項設(shè)定.左移：讓屏幕畫面往左移動右移：讓屏幕畫面往右移動快存和播放：從菜單Option中Setting…項中后三項設(shè)定,在初次快存之前,先需到win98控制面板－>大恒圖像－>根據(jù)內(nèi)存實際內(nèi)存大小來設(shè)定頁面數(shù)量〔建議4000－8000,可存幾十幀圖像－>重啟電腦。快存的總幀數(shù)可根據(jù)頁面數(shù)量設(shè)定；快存間隔幀數(shù)可根據(jù)客戶要求設(shè)置,一般視頻有25幀/秒；播放延遲無單位,代表了播放每幀圖像時的間隔,是根據(jù)計算機的主頻而設(shè)的延遲?？齑鏁r由于圖像直接存在內(nèi)存中,所以屏幕上沒有圖像。4. 菜單說明File菜單,如圖12所示。圖12File菜單選項上述3個選項依次是："打開…"、"保存為…"、"退出",實驗中如果只采一幀圖,在凍結(jié)圖像后,可按"SaveAs…"菜單存儲圖像。Option菜單,如圖13所示圖13Option菜單選項菜單中"Setting…"選項用來設(shè)置參數(shù),"SerillySave"選項為自動連續(xù)儲存命令,因顯示卡兼容性不同,在Option中選RGB15bit或RGB16bit,可以顯示正常圖像,Normal為正常圖像大小,這是缺省值,ZoomIn是把圖像縮小,使較大的液滴能在屏幕上全部顯現(xiàn)出來,再選擇Normal就恢復(fù)原來大小。當(dāng)選擇"Setting…"選項時會彈出對話框,如圖14所示。圖14參數(shù)設(shè)置對話框1、2、3項參數(shù)是用來設(shè)定SerillySave〔自動連續(xù)儲存的；4、5、6參數(shù)是用來設(shè)定"快存和播放"的,快存的總幀數(shù)可根據(jù)頁面數(shù)量設(shè)定,快存間隔幀數(shù)可根據(jù)客戶要求設(shè)置,一般視頻有25幀/秒,播放延遲無單位,代表了播放每幀圖像時的時間間隔,是根據(jù)計算機的主頻而設(shè)的延遲?？齑鏁r由于圖像直接存在內(nèi)存中,所以屏幕上沒有圖像。最后一項是設(shè)定蠕動泵打出液體的大小,由于同樣的步數(shù)不同的蠕動泵打出的液滴大小不同,所以要根據(jù)現(xiàn)場情況自行調(diào)節(jié)。5.采樣加入樣品。實驗過程如圖15所示。圖15實驗過程圖通過幾個選鈕讓液體滴到待測平面上后用下面幾種測試方法測試數(shù)據(jù)如果要連續(xù)采樣,使用"Setting…"中的前三項來設(shè)定BMP文件名、總幀數(shù)和間隔時間,在Option中選SerillySave即可。如果只采一幀圖,按凍結(jié)圖像,在File菜單中中選"SaveAs…"選項存儲圖像,可儲存圖象的文件名和指定所在的文件夾。6.量角法按量角法按鈕,進(jìn)入量角法主界面,如圖16所示,按開始鍵,打開文件夾,選中需要計算的圖形文件。圖16量角法主界面圖量取角度：顯示測量尺Q：測量尺向上A:測量尺向下X:測量尺向右Z:測量尺向左<:測量尺左旋>:測量尺右旋量角器：顯示測量尺角度量取角度顯示測量尺,顯示測量尺角度為45度,然后使測量尺與液滴邊緣相切,如圖17所示。圖17量角法測量然后下移測量尺到液滴頂端,如圖18所示圖18量角法測量再旋轉(zhuǎn)測量尺,使其與液滴左端相交,即得到接觸角的數(shù)值,如圖19所示。圖19量角法測量另外,也可以使測量尺與液滴右端相交,求出接觸角,最后求兩者的平均值。注：當(dāng)測量尺與液滴右端相交時,用180o減去所見的數(shù)值方為正確的接觸角數(shù)據(jù)。7. 量高法按量高法按鈕,進(jìn)入量高法主界面,如圖20所示。圖20量高法主界面圖按開始按鈕,打開文件夾,選取圖象文件,界面如圖21所示。圖21量高法測量然后用鼠標(biāo)左鍵點擊液滴的頂端和液滴的左、右兩端,如圖22所示,如果點擊錯誤,可以點擊鼠標(biāo)右鍵,取消選定。圖22量高法測量量角器角度為θ,接觸角為2×〔90-θ表面潤濕性分類類型表面不飽和鍵性質(zhì)表面同水的作用能E接觸角界面水結(jié)構(gòu)代表性材料強親水性離子鍵共價鍵金屬鍵>>1無直接水化層石英、云母、錫石、剛玉、菱鐵礦、高嶺石、方解石弱親水弱疏水離子-共價鍵〔部分自身閉合1左右無或很小直接水化層為主方鉛礦、輝銅礦、閃鋅礦疏水分子鍵為主〔層面間,離子、共價鍵為輔〔層端、斷面<1中等〔40~90度次生水化層為主滑石、石墨、輝鉬礦、葉臘石強疏水色散力為主的分子鍵<<1大〔90~110度次生水