有機光電材料

有機光電材料第1頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月能源水力火力風力核能潮汐地熱第2頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能發(fā)電站第3頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機太陽能電池植物光合作用多晶硅太陽能電池第4頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能電池發(fā)展歷史1839，Bequerel發(fā)現(xiàn)了光電效應1873，Selen發(fā)現(xiàn)了光伏效應1954，研發(fā)出半導體技術第一塊硅晶片誕生固體吸收光線產生自由電荷電荷分離在太陽光照下，毫無損傷地產生電子能量第5頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月能級分布固體中的能量狀態(tài)圖絕緣體金屬半導體第6頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能電池發(fā)電原理第7頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能電池種類硅太陽能電池多元化合物太陽能電池聚合物多層修飾電極型太陽能電池納米晶太陽能電池第8頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物太陽能電池第9頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月用于太陽能電池的高分子納米復合材料聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺第10頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚乙炔高分子的化學結構聚噻吩聚吡咯聚苯聚苯撐乙烯聚芴第11頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月三聯(lián)苯聚乙炔第12頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月C60足球烯RichardN,ZareWalter,KohnHarold,KrotoNobelPrizefor1996???第13頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月NobelPrizeinChemistry2000“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger第14頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月材料導電能力的差異與原因電導率第15頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月材料導電能力的差異與原因能帶間隙(EnergyBandGap)金屬之Eg值幾乎為0eV，半導體材料Eg值在1.0~3.5eV之間，絕緣體之Eg值則遠大于3.5eV。第16頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子材料的研究進展1862年，英國Letheby在硫酸中電解苯胺而得到少量導電性物質1954年，米蘭工學院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制得聚乙炔1970年，科學家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機聚合物聚硫氰(SN)x具有超導性初期的實驗發(fā)現(xiàn)與理論積累科學家將有機高分子與無機高分子導電聚合物的開發(fā)研究合在一起開始了探尋之旅。第17頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子材料的研究進展1974年日本筑波大學H.Shirakawa在合成聚乙炔的實驗中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3H－C≡C－H1000倍催化劑溫度10－8～10－7S/m10－3～10－2S/m導電高分子材料的發(fā)現(xiàn)第18頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子材料的研究進展1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger與H.Shirakawa合作進行研究，他們發(fā)現(xiàn)當聚乙炔曝露于碘蒸氣中進行摻雜氧化反應(doping)后，其電導率令人吃驚地達到3000S/m。聚乙炔的摻雜反應第19頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子材料的研究進展1980年，英國Durham大學的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。

1983年，加州理工學院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉換了聚乙炔，其導電率達到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。

1987年，德國BASF科學家N.Theophiou對聚乙炔合成方法進行了改良，得到的聚乙炔電導率與銅在同一數(shù)量級，達到107S/m。

后續(xù)研究進展第20頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬防腐蝕防止低碳鋼腐蝕，火箭發(fā)射塔內壁的保護界面，兩者的界面產生一個電場，阻止電子從金屬流向外部的氧化層聚苯胺還原電位0V/SCE，金屬鐵氧化電位-0.7V/SCE，兩者的作用在界面形成氧化層。導電高分子層使得鐵直接與界面的水相互作用而氧化最終成為致密的氧化膜，起到保護作用第21頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月船舶防污涂料海洋生物污損傳統(tǒng)的防污涂料采用氧化亞銅，有機錫等，污染海洋環(huán)境含海洋生物天敵的生物防污涂料，含有有機硅低表面能防污涂料導電防污涂料導電聚苯胺在海水中會發(fā)生氧化還原反應海洋生物生長的最佳PH為7-8，導電涂層的酸性環(huán)境第22頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月電學性能與應用透明電極印刷電路板微波焊接金屬和石墨電極不透明，導電高分子可以制成透明電極但透明性與高導電性是矛盾的，樟腦磺酸摻雜在絕緣的基底上鍍金屬銅，表面吸附貴金屬，然后在銅離子的甲醛溶液中化學沉積出銅，再用電鍍的方法可直接將導電的聚苯胺沉積在絕緣的尼龍或聚酯薄膜上聚苯胺類高分子在一定的電導率范圍內具有很高的介電常數(shù)很強的吸收電磁波的能力，吸收電磁波后可將電磁能轉變?yōu)闊崮茉趦蓧K聚乙烯之間加入聚苯胺，微波處理后，界面處的聚乙烯熔融，最終粘結在一起，具有良好的力學性能第23頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月新能源第24頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料電池-質子交換膜第30頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機發(fā)光二極管OLED：有機發(fā)光顯示器，有機半導體材料和發(fā)光材料在電場驅動下，通過載流子注入和復合導致發(fā)光鄧青云1979年的一天晚上，在柯達公司從事科學研究工作的華裔科學家鄧青云博士在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室。回到實驗室，他發(fā)現(xiàn)黑暗中有個亮東西。打開燈，原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發(fā)光第31頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機發(fā)光二極管OLED第32頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光傳導高分子材料第33頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光導纖維第34頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月手機保護膜防刮：采用高品質高分子材料，表面的抗摩擦和劃傷能力強，高透明度、真彩色色調以90%透光率，可以感受到舒適明亮的畫面和真實自然的色彩感軟屏幕的畫面色調采用特殊微霧的表面處理技術，能有效減少高達98%的反射視覺和外部環(huán)境光線耐指紋和防灰塵作為特殊防靜電，表面可以有效地防止指紋附上和遠離粉塵有效的紫外線隔離高達75%，特殊表面涂層能有效隔離紫外線屏幕所產生的負擔

第35頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月手機結構

手機結構一般包括以下幾個部分：1.LCDLENS

材料：材質一般為PC或壓克力；連結：一般用卡勾+背膠與前蓋連結。分為兩種形式：a.僅僅在LCD上方局部區(qū)域；b.與整個面板合為一體。2.上蓋（前蓋）材料：材質一般為ABS+PC；連結：與下蓋一般采用卡勾+螺釘?shù)倪B結方式（螺絲一般采用φ2，建議使用鎖螺絲以便于維修、拆卸，采用鎖螺絲式時必須注意Boss的材質、孔徑）。Motorola的手機比較鐘愛全部用螺釘連結。下蓋（后蓋）材料：材質一般為ABS+PC；連結：采用卡勾+螺釘?shù)倪B結方式與上蓋連結；3.按鍵材料：Rubber，pc+rubber，純pc；連接：Rubberkey主要依賴前蓋內表面長出的定位pin和boss上的rib定位。Rubberkey沒法精確定位，原因在于：rubber比較軟，如keypad上的定位孔和定位pin間隙太?。?lt;0.2-0.3mm），則keypad壓下去后沒法回彈。第36頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月4.Dome按下去后，它下面的電路導通，表示該按鍵被按下。材料：有兩種，Mylardome和metaldome，前者是聚酯薄膜，后者是金屬薄片。Mylardome便宜一些。連接：直接用粘膠粘在PCB上。5.電池蓋材料一般也是pc+abs。有兩種形式：整體式，即電池蓋與電池合為一體；分體式，即電池蓋與電池為單獨的兩個部件。連結：通過卡勾+pushbutton（多加了一個元件）和后蓋連結；6.電池蓋按鍵材料：pom第37頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月電腦為什么我的筆記本一摔就壞了，而他的摔一下卻什么事都沒有?為什么我的筆記本屏幕一按就有水波紋，而他的上面居然能站個人?為什么我的筆記本不能沾水，而他的把水潑上去竟然也沒關系?為什么我的筆記本重得像板磚而他的卻似乎輕若無物?鎂鋁合金、鈦合金、ABS工程塑料、改進型工程塑料,碳纖維第38頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光信息存儲第39頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機存儲材料第40頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月生活離不開的電子產品第41頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月芯片第42頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月感光性高分子材料

PhotosensitivePolymericMaterials感光高分子材料——在光的作用下能迅速發(fā)生光化學反應，引起物理和化學變化的高分子體系感光高分子材料的應用光致抗蝕劑（光刻膠）光固化粘合劑光固化涂料、油墨第43頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月相關的光化學過程（Photochemistry）光聚合

Photopolymerization44第44頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光交聯(lián) Photocrosslinking第45頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月IC制作的光刻膠光刻膠涂覆于表面為SiO2的單晶硅片上在單晶硅片上制作出集成微小電阻、電容、晶體管等微電子元器件。硅基片n-摻雜n-摻雜p-摻雜氧化物源極漏極柵極金屬氧化物半導體（MOS）晶體管示意圖46第46頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月對底材進行區(qū)域選擇性保護，裸露區(qū)域被刻蝕。光刻原理第47頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月ManufacturingstepsThemanufacturingprocessinvolvesfourmainsteps:Deposition（沉積）：單晶硅片上沉積異相薄膜SiO2,Al,Doping（摻雜）：通過摻雜改變導電性Photolithography（光成像）：照相制版，制掩膜Etching（蝕刻）：轉印立體圖案至單晶硅片上第48頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月Process第49頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月正性與負性光刻膠光刻膠－光致抗蝕劑(photoresist)正性光刻膠－光致可溶（易溶）負性光刻膠－光致不溶（難溶）正性光刻膠光致增溶機理第50頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月酸增殖反應光照下光產酸劑分解出H+，然后H+催化保護基團的脫落，同時產生H+，后者又可以作為催化劑，如此不斷循環(huán)，使酸濃度越來越高第51頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月負性光刻膠機理：光致耦合、交聯(lián)等；代表類型：聚乙烯醇肉桂酸酯、環(huán)化橡膠-多疊氮體系、水性光刻膠等第52頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月水溶性光刻膠水溶性高分子+水溶性多疊氮感光交聯(lián)劑水溶性高分子：聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺等；水溶性疊氮光敏交聯(lián)劑：不用苯系和鹵代溶劑，環(huán)保53第53頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月對光刻膠的要求光刻膠的一般要求要求有很好的成膜性。光刻時一般采用旋轉涂膠的辦法，即在硅片的中心滴一滴光刻膠，然后在高速旋轉臺上旋轉，使光刻膠均勻分布在硅片上成膜。要求膠膜對二氧化硅有強的附著力。要有足夠的光敏性。要有良好的分辨率，所謂分辨率就是光刻可達到的最細線條的寬度。對光刻所用腐蝕液有良好的抗腐蝕性等等。第54頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子聚合物是分子型材料，原子與原子間通過共享價電子形成共價鍵而構成分子，共價鍵屬于定域鍵，價電子只能在分子內的一定范圍內自由遷移，缺少可以長距離遷移的自由電子，因此，高分子材料屬于絕緣材料的范疇。第55頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子材料

1977年，美國化學家MacDiarmid，物理學家Heeger和日本化學家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性。并因此獲得2000年諾貝爾化學獎。將Ziggler—Natta催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導率達到105S/cm量級。

第56頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2000年諾貝爾化學獎得主美國物理學家Heeger

美國化學家MacDiarmid

日本化學家Shirakawa

第57頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子

迄今為止，國內外對結構型導電高分子研究得較為深入的品種有聚乙炔、聚對苯硫醚、聚對苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。

其中以摻雜型聚乙炔具有最高的導電性，其電導率可達5×103～104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導率105Ω-1·cm-1）。但是其環(huán)境穩(wěn)定性問題至今解決不好，影響了其使用。環(huán)境穩(wěn)定性好的聚苯胺、聚吡咯（德國BASF公司已批量生產）、聚噻吩目前成為導電高分子的三大品種。第58頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月電導率σσ=1/ρ

（S/cm）標定材料的導電性能電導率(S/cm)106104102110-210-410-610-810-1010-1210-1410-1610-18銀、銅、鐵金屬半導體絕緣體銦、鍺硅溴化銀玻璃金剛石硫石英導電高分子第59頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子導電高分子復合型導電高分子本征導電高分子（結構導電高分子）電子導電聚合物離子導電聚合物氧化還原型導電聚合物高分子本身具備傳輸電荷的能力載流子?第60頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電的基本概念載流子材料在電場作用下能產生電流是由于介質中存在能自由遷移的帶電質點，這種帶電質點被稱為載流子。常見的載流子包括：自由電子、空穴、正負離子，以及其它類型的荷電微粒。載流子的密度是衡量材料導電能力的重要參數(shù)之一。第61頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月本征型導電高分子材料（電子導電）電子導電高分子：具有共軛π鍵，其本身或經過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。電子導電高分子的特點：高分子鏈上有共軛π鍵

第62頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月n聚乙炔Nn聚吡咯Sn聚噻吩n聚對苯nCH

CH

聚苯乙炔nNH聚苯胺結構特點第63頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月 純凈的電子導電聚合物本身導電率并不高，必須經過摻雜才具備高的導電性。

摻雜是向空軌道注入電子，或是從充滿軌道拉出電子，改變π電子能帶的能級，出現(xiàn)半充滿能帶，減小能量差，減小電子或空穴遷移的阻力。

？涉及電子轉移的過程采用何種物質摻雜？第64頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電高分子的摻雜途徑

——正摻雜與負摻雜氧化（正摻雜）(p-doping):

[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-

[CH]n

+xNa——>[CH]nx-+xNa+

電子受體，氧化劑還原（負摻雜）(n-doping):從價帶中拉出一個電子通過氧化還原反應完成電子轉移過程第65頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月復合型導電高分子材料的結構組成聚合物基體材料+導電填充物將導電顆粒牢固地粘結在一起，使導電高分子具有穩(wěn)定的導電性，同時它還賦于材料加工性。提供載流子的作用，它的形態(tài)、性質和用量直接決定材料的導電性。第66頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月按聚合物基體材料不同分類導電塑料------聚乙烯、聚丙烯、聚酯及聚酰胺導電橡膠------氯丁橡膠、硅橡膠導電纖維------聚酰胺、聚酯、腈綸導電膠粘劑------環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等導電涂料------有機硅樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂第67頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電填充材料碳系填料（炭黑、石墨、碳纖維等）金屬系填料（金、銀、銅、鎳粉等）金屬氧化物填料（氧化錫、氧化鈦等）導電聚合物填料（聚吡咯、聚噻吩，密度小，相容性好）第68頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月導電性能的應用炭黑/硅橡膠構成的導電橡膠：用于動態(tài)電接觸器件的制備，如：計算機鍵盤的電接觸件飛機機輪上通常裝有搭地線，也有用導電橡膠做機輪輪胎的，著陸時它們可將機身的靜電導入地下靜電復?。?。當硒鼓（導電高分子）充電以后，經過光照處理，照光的部分電荷就會消失，文字、圖像等遮光的地方，電荷不會消失。當復印的黑粉撒到硒鼓上時，有文字、圖像的地方由于相對應的硒鼓帶電，可以吸引黑粉，這樣就可把原稿上的字或圖轉印到一張白紙上。

第69頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機太陽能電池

當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，尋求經濟發(fā)展的新動力。而太陽能電池便是一個很好的應用。無機：這種無機原料太陽能電池造價昂貴，因而與其他一些能源發(fā)電比起來缺乏競爭力。(縱然如此研究者也不在少數(shù))有機：未來太陽能電池的主流發(fā)展方向強調的是更輕便、更靈活，最重要的是，更便宜。因而目前有機太陽能的現(xiàn)狀是：研究機構紛紛投身研究有機太陽能，企業(yè)也紛紛涉足有機太陽能。第70頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽能電池的定義

太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的基礎和核心，是一種光能轉變?yōu)殡娔艿钠骷?，用適當?shù)墓庹赵谏线呏笃骷啥藭a生電動勢。典型的太陽電池是一個p-n結半導體二極管。

◆p-n結的形成過程(N型半導體中含有較多的空穴，而P型半導體中含有較多的電子，這樣，當P型和N型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是P-N結)。

◆光生載流子－電子／空穴對的產生◆“光生電壓”及“光生電流”的產生第71頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月p-n結“光生載流子”

的產生光子把電子從價帶(束縛)激發(fā)到導帶(自由)，并在價帶內留下一個/空穴(自由)－產生了自由電子－空穴對“光生電壓”的產生自由電子和空穴擴散進入p-n結，n-p結作用下，分別在n區(qū)和p區(qū)形成電子和空穴的積累太陽電池第72頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月材料分類硅太陽能無機化合物半導體太陽能(硫化鎘-硫化亞銅，砷化鎵等)敏化納米晶太陽能(染料敏化太陽能)有機化合物太陽能以酞菁等等為集體材料制成的太陽能(小分子有機物太陽能)塑料太陽能(高分子多聚物太陽能)第73頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月材料種類第74頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機太陽能電池簡介廣泛的講有機太陽能電池主要是利用有機小分子或有機高聚物來直接或間接將太陽能轉變?yōu)殡娔艿钠骷?。?5頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有機太陽能電池發(fā)展簡史有機太陽能電池是一種正在進行研究的新型電池。有機太陽能電池這個概念貌似很新，但其實它的歷史也不短——跟硅基太陽能電池的歷史差不多。第一個有機光電轉化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的，其主要材料為鎂酞菁(MgPc)染料，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電極之間。在那個器件上，他們觀測到了200mV的開路電壓，光電轉化效率低得讓人都不好意思提。單結非晶硅薄膜電池的最高轉換效率為16.6%第76頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1986年，柯達公司的鄧青云博士.光電轉化效率達到1％左右。時至今日這種雙層膜異質結的結構仍然是有機太陽能電池研究的重點之一。

1992年，土耳其人Sariciftci發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài)的電子能極快地從有機半導體分子注入到C60分子而反向的過程卻要慢得多1993年，Sariciftci在此發(fā)現(xiàn)的基礎上制成PPV/C60雙層膜異質結太陽能電池。2007《Science》AlanJ.Heeger等“使有機薄膜太陽能電池的單元轉換效率達到了全球最高――6.5％”。第77頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月大阪大學(2008年3月27～30日)成功開發(fā)出了單元轉換效率高達5.3％的有機固體太陽能電池。2015年使模塊轉換效率為15％的有機太陽能電池實現(xiàn)實用化

第78頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

有機小分子化合物

第79頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第80頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

有機大分子化合物

第83頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

2003年,Takahashi等人將聚噻吩衍生物PTh與光敏劑卟啉H2PC共混后與芘衍生物PV制成雙層膜器件,在430nm處的能量轉換效率最高達到了2.91%。第84頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬葉綠素分子結構材料

第85頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

雙層膜結構化合物器件示意圖第86頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

科納卡技術在2009年2月于日本舉行的“PVEXPO2009第二屆國際太陽能電池展”上展出了利用卷對卷方式制造的多種有機薄膜太陽能電池模塊。展示了利用柔性特點封裝于皮包中，或作為電子紙的電源加以利用的試制品第87頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第88頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰離子電池工作原理

正極反應：負極反應：電池總反應：第90頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

聚合物鋰離子電池的工作原理與液態(tài)鋰離子電池基本相同唯一的區(qū)別在于鋰離子在固體電解質中的傳導機理。在聚合物鋰離子電池內，主要是借助聚合物鏈段的運動來實現(xiàn)離子的傳導。聚合物鋰離子電池，形狀上可以做到薄形化、任意面積化和任意形狀化，大大提高了，電池造型靈活性，且電化學性能等方面也有大幅度提高。第91頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物正極材料常用正極材料LiXCoO2LiXNiO2LiXMn2O4

聚合物正極材料聚苯胺(PAn)聚吡咯(PPY)聚噻吩(PTh)聚對苯(PPP)聚硫化物第92頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚苯胺單體：在電池中的重要型式：第93頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚苯胺正極材料在鋰離子電池中作用機理：P型摻雜(或脫雜)PAn電極充放電時通過陰離子摻雜脫雜實現(xiàn)N型摻雜(或脫雜)PAn電極充放電時通過陽離子摻雜脫雜實現(xiàn)第94頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚苯胺電導率與PH關系：PH＞4電導率與PH值無關絕緣性2＜PH＜4電導率隨PH值降低而迅速增加呈半導體特性2＞PH電導率與PH值無關金屬性聚苯胺制備方法：電化學方法、化學法、乳液聚合法微乳液聚合法、模板聚合法等。第95頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚吡咯單體：氧化還原反應：共軛鏈第96頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚吡咯正極材料在鋰離子電池中作用機理：聚吡咯是中性共軛鏈聚合物，也需摻雜引入載流子其主鏈上正電荷就是載流子。載流子沿共軛鏈運動及電荷躍遷產生導電現(xiàn)象。PPy的穩(wěn)定狀態(tài)是氧化(P型)摻雜。P型摻雜的一般反應式是：PPy+氧化態(tài)PPy0中性態(tài)第97頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月當陰離子及支持電解質均為硝酸根、高氯酸根等較小的球形陰離子，其反應是可逆的。弱酸性溶液：堿性溶液：PPy膜對陰離子會發(fā)生與親核性很強的OH-離子交換,其后的電化學還原和再氧化伴隨OH-的脫摻雜和再摻雜。但堿性過強會導致PPy結構破壞。水溶液：PPy所處的電位超過0.5V時就會發(fā)生不可逆的氧化降解反應，使其共軛鏈結構破壞，失去導電性和電化學活性第98頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚噻吩聚噻吩的制備條件較為苛刻，若控制好氧化劑的氧化電勢，則噻吩及其衍生物的PTh粉狀物具有較高電導率。聚噻吩的一般合成方法：第99頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚硫化物聚合物負極材料這類材料的分子結構中含有雙硫鍵(-S-S)，基于其可逆的電解聚-電聚合過程(2S-而發(fā)生能量交換。理論能量交換密度1500-3500W.h.kg-1，實際能量密度可達830W.h.kg-1。這種材料很大優(yōu)點就是可按預定方式控制其有機基團和分子結構及通過共聚，共混來改變物理、化學和電化學性能S-S+2e-）第100頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚硫化物材料充放電機理：本身不導電，在充放電循環(huán)中反復發(fā)生電聚合和電解聚反應放電-電解聚反應充電-電聚合反應速率控制步驟速率控制步驟自由基反應自由基反應第101頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月常見的聚合物鋰離子電池的負極材料聚硫化物聚2、5-二巰基-1,3,4-噻二唑硫鏈交聯(lián)網狀聚合物聚硫化碳類聚合物第102頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物電解質聚合物電解質是指由大分子量的聚合物本體(包括共軛)與鹽并添加無機材料所構成的體系，具有離子傳導性。聚合物電解質電解質又稱為復合聚合物電解質，或雜化聚合物電解質，通常狀態(tài)下為固態(tài)。聚合物電解質薄膜一般通過溶劑蒸餾的方法獲得。聚合物電解質提高電導率主要途徑是通過共混、形成聚合物(例接枝共聚物、嵌段共聚物)、交聯(lián)、加入摻雜鹽、加入增塑劑、加入無機填料和提高主鏈的柔性等降低聚合物結晶度。第103頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物電解質種類：共混聚合物：使分子鏈間相互作用，抑制結晶生成。共聚物：抑制結晶，提高鏈段運動的能力。交聯(lián)聚合物：提高聚合物物理機械性能，抑制PEO結晶。接枝聚合物：將短的低聚醚接到聚合物主鏈上，提高導電。梳形聚合物：大量PEO側鏈，可抑制結晶增加無定形區(qū)含量。超支化或星聚合物：三維球結構，含大量支化單元和末端單元。鹽摻聚合物：有較高室溫電導率和粘彈性。單離子導電的聚合物：只有一種離子能迅速傳導的離子導體。無機粉末復合型聚合物：增強分子材料機械性能。第104頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物導電機理首先鋰離子與鏈段上某些官能團形成締合體借助高分子鏈段蠕動部分離子跨越能壘使活性位移動或替換鋰離子在電場下定向移動第105頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月k聚合物鋰離子電池的優(yōu)點：聚合物膜厚度可以很薄，電池質量相對較輕；消除了液態(tài)電解質鋰離子電池中電極和電解質組分間的電化學反應，提高了電池效率；高低溫性能好，提高了電池的安全性；消除了鋰液態(tài)電解質電池中液體滲漏問題，提高了電池的壽命；便于生產各種外觀形狀的鋰電池；利于工業(yè)化生產。第106頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月紅外探測器任何溫度高于絕對零度的物體都會產生紅外輻射。如何檢測它的存在，測定它的強弱并將其轉變?yōu)槠渌问降哪芰?多數(shù)情況是轉變?yōu)殡娔?以便應用，就是紅外探測器的主要任務。紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關鍵的元件之一。紅外探測器所用的材料是制備紅外探測器的基礎，沒有性能優(yōu)良的材料就制備不出性能優(yōu)良的紅外探測器。紅外探測器分為熱探測器和光子探測器兩大類。第107頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月熱探測器工作原理：熱探測器吸收紅外輻射后產生溫升，然后伴隨發(fā)生某些物理性能的變化。測量這些物理性能的變化就可以測量出它吸收的能量或功率。常見的類型：常利用的物理性能變化有下列四種，利用其中一種就可以制備一種類型的熱探測器。第108頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.熱敏電阻熱敏物質吸收紅外輻射后，溫度升高，阻值發(fā)生變化。阻值變化的大小與吸收的紅外輻射能量成正比。利用物質吸收紅外輻射后電阻發(fā)生變化而制成的紅外探測器叫做熱敏電阻。熱敏電阻常用來測量熱輻射，所以又常稱為熱敏電阻測輻射熱器。生物蛋白質、DNA第109頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月熱釋電探測器有些晶體，如硫酸三甘肽，鉭酸鋰和鈮酸鍶鋇等，當受到紅外輻射時，溫度升高，在某一晶軸方向上產生電壓。電壓大小與吸收紅外輻射的功率成正比。有機材料PVDF聚偏二氟乙烯及其共聚物。第110頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光子探測器光子探測器吸收光子后，發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起幾種電學現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為光子效應。測量光子效應的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。利用光子效應制成的探測器稱為光子探測器。第111頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光電導探測器的分類光電導探測器可分為單晶型和多晶薄膜型兩類。多晶薄膜型光電導探測器的種類較少，主要的有響應于1~3微米波段的FbS、響應于3~5pm波段的PbSe和PbTe(PbTe探測器，有單晶型和多晶薄膜型兩種)。單晶型光電導探測器，早期以銻化銦(InSb)為主，只能探測7微米以下的紅外輻射，后來發(fā)展了響應波長隨材料組分變化的銻鎘汞(Hg1-xCdxTe)和銻錫鉛(Pb1-xSnxTe)三元化合物探測器，在77K溫度下對8到14微米波段的紅外輻射的探測率很高。第112頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月光伏探測器p-n結及