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软物质是凝聚态物理的前沿研究领域之一,而层层自组装技术是目前制备功能性复合薄膜的新技术。论文为开发具有光电功能的高分子软物质复合薄膜,开展了新型聚苯胺/磺化酞菁铜(PANI/CuTsPc)层层自组装复合薄膜的研究。
首先用氧化聚合的方法合成了本征态聚苯胺,并经对甲苯磺酸掺杂得到导电聚苯胺,其电导率较高,达到了10.6S/cm。进一步运用层层自组装技术制备了聚苯胺/磺化酞菁铜超分子复合薄膜,通过紫外-可见-近红外光谱与红外光谱对其成膜条件、自组装过程与薄膜组成进行了表征,从而确定了成膜条件;吸收光谱结果表明PANI和CuTsPc具有良好的层层自组装特性,沉积过程具有很好的重复性与均匀性;红外光谱结果说明PANI与CuTsPc之间的静电自组装是成功的。
对该复合超薄膜的结构与形态进行了表征,红外光谱表明复合薄膜的共轭结构得到增强;紫外-可见-近红外光谱表明在成膜过程中,CuTsPc是以二聚体和单体的形态共同沉积的,并有一定的分子取向,而不是平行于基片的;X射线衍射结果表明不仅薄膜的结晶性受基底的影响很大,硅片基底有利于其结晶;而且该多层膜不具有明显的层状结构,相邻层间存在穿插;原子力显微镜观察到薄膜表面较致密,但不平整,可以通过小分子盐溶液处理来降低表面粗糙度;测厚仪表明薄膜的厚度处于纳米级范围。
复合超薄膜的光吸收性能、电导率与热稳定性分别运用紫外-可见-近红外光谱、四探针电导率测试仪与热分析仪进行了测试,结果表明:薄膜在包括可见光区和近红外区的太阳光谱区内均具有优异的光吸收特性,能充分吸收利用太阳光;薄膜有较高的导电率,达到了0.3 S/cm;该薄膜的热稳定性很好;从而有望进一步应用于聚合物薄膜型太阳能电池领域。