臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用Suzuki reaction合成出新穎高分子PFATT，並在高分子鏈的末端官能化形成硫醇基，利用硫醇基與金的強吸附性，導入還原的奈米金顆粒，形成高分子複材PFATT-Au，並探討其熱性質、光電性質以及電化學性質。
高分子及高分子複材經由核磁共振儀、X光光電子能譜儀分析其結構；以TEM觀察高分子複材之表面形貌，發現還原的奈米金顆粒尺寸皆小於10nm，且具有良好的分散性；經由TGA發現高分子與高分子複材皆有良好的熱穩定性，由DSC分析顯示高分子為非結晶性高分子；UV-vis與PL分析其吸收與放射光譜；由循環伏安實驗發現奈米金的導入會降低整體高分子複材的化學能隙；最後做成元件探討其應用性質。

A novel polymer, PFATT, was synthesized by Suzuki reaction and end-capped with thiol functional group at the end of the polymer chains. Due to the strong interaction between thiol group and gold, gold particles of nano-scale were bounded to the polymers by chemical reduction and resulting in the forming of polymeric nanocomposites, PFATT-Au. These nanocomposites were characterized by instruments.
The structure of PFATT was identified by NMR and XPS. The surface appearance was observed by TEM and the size of gold particles was found uniform under 10nm with well-dipersibility. TGA and DSC results showed the good thermal stability and non-crystallinity of PFATT and PFATT-Au. The absorption and emission spectrums were analyzed by Uv-vis and PL. The results of CV indicated a lower band gap caused by gold particles in nanocomposite. The applications of the polymer and the polymeric nanocomposites were attempted by fabricating PLED and solar cell devices.

目錄
中文摘要 i
Abstract ii
第一章 序論 1
第二章 文獻回顧 2
2.1 共軛高分子 2
2.1-1 共軛高分子之簡介 2
2.1-2 共軛高分子的導電理論 4
2.2 Suzuki cross-coupling reaction 6
2.3 太陽能電池 8
2.3-1 有機太陽能電池電池原理 8
2.3-2 有機太陽能電池特性分析 11
2.3-3 有機太陽能電池的形式 15
2.4 有機發光二極體發光原理 18
2.5 研究動機 25
第三章 實驗內容與檢測儀器 26
3.1 實驗藥品 26
3.2 實驗設備與檢測儀器 30
3.3 檢測儀器原理 32
3.3-1調幅式微差掃描熱分析儀(Modulated Differential Scanning Calorimeter ,MDSC) 32
3.3-2 熱重損失分析儀(Thermogravimetric Analyzer ,TGA) 37
3.3-3 紫外光-可見光吸收光譜儀(UV/Vis spectroscopy, UV/Vis) 38
3.3-4 光激發光螢光光譜儀(Photoluminescence, PL) 39
3.3-5 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM) 40
3.3-6 X光光電子能譜儀(X-ray Photoelectron Spectrometer,XPS) 41
3.3-7 核磁共振儀(Nuclear Magnetic ResonanceSpectrometer ,NMR) 42
3.3-8 循環伏特安培儀(Cyclic Voltammeter , CV) 43
3.4 實驗步驟 44
3.4-1 小分子M1之合成 45
3.4-2高分子PFATT-SH之合成 46
3.4-3高分子複材PFATT-Au之合成 47
第四章 結果與討論 48
4.1 前言 48
4.2 高分子PFATT結構與性質分析 49
4.2-1小分子M1結構之鑑定 49
4.2-2高分子PFATT結構之鑑定與其物理性質 53
4.3高分子複材PFATT-Au結構鑑定 55
4.3-1 XPS圖譜分析 55
4.3-2 高分子複材PFATT-Au之TEM表面形貌 58
4.4高分子複材PFATT-SH與PFATT-Au複材之分析 61
4.4-1 高分子PFATT與高分子複材之物性溶解度測試 61
4.4-2 高分子PFATT與高分子複材之熱性質分析 62
4.4-3 高分子PFATT與高分子複材之光學性質分析 65
4.4-3 高分子PFATT與高分子複材之電性分析 67
4.5高分子PFATT與高分子複材之元件應用 70
4.5-1 PLED元件應用 71
4.5-2太陽能電池應用 72
第五章 結論 74
參考文獻 76

圖目錄
圖2-1 Conjugated structure of 1,3-butene 2
圖2-2 常見的共軛導電高分子 3
圖2-3 Band structure of semiconductor 5
圖2-4 Outline of the catalytic cycle for the Suzuki cross coupling reaction. 7
圖2-5 有機太陽能電池與有機電激發光顯示器 8
圖2-6 有機太陽能電池能階示意圖 9
圖2-7 電極功函數影響有機質能帶示意圖 9
圖2-8 激子游離至界面藉由碰撞分離為自由電子與電洞 10
圖2-9 太陽能電池特性曲線 11
圖2-10 光強度與短路電流成正比 12
圖2-11 太陽能電池之等效電路 14
圖2-12 激子於有機材料與金屬電極接合處被蕭特基能障所分離 15
圖2-13 整體摻混異質接面有機太陽能電池結構 16
圖2-14 高分子中混合無機奈米顆粒 16
圖2-15 染料敏化太陽能電池的基本結構 17
圖2-17激子能階圖 19
圖2-18螢光與磷光生成之示意圖 20
圖2-19有機發光二極體元件發光示意圖 22
圖2-20單層有機發光二極體元件結構圖 23
圖2-21多層元件之發光二極體構造 24
圖3-1 DSC加熱爐簡圖 32
圖3-2 MDSC加熱的方式 36
圖3-3 MDSC與DSC測量Cp之示意圖 36
圖3-4 TGA簡圖 37
圖3-5 TEM結構圖 40
圖3-6 X光光電子能譜儀的裝置圖 41
圖3-7 簡單伏特安培儀裝置 43
圖3-8 實驗流程圖 44
圖4-1 尚未官能化之小分子之NMR1H圖譜 51
圖4-2 尚未官能化之小分子之LC-MS圖譜 51
圖4-3官能化之小分子M1之LC-MS圖譜 52
圖4-4官能化之小分子M1之LC-MS圖譜﹝分子量範圍300─400﹞ 52
圖4-5高分子PFATT-SH之NMR1H圖譜 54
圖4-6高分子PFATT-SH之XPS圖譜 57
圖4-7高分子PFATT-SH之XPS圖譜 57
圖4-8高分子PFATT-Au之TEM圖 60
圖4-9高分子PFATT-Au之高解析TEM圖 60
圖4-10高分子PFATT-Au之高解析TEM圖 60
圖4-11高分子PFATT-SH與高分子複材PFATT-Au之TGA圖形 63
圖4-12高分子PFATT-SH與高分子複材PFATT-Au之DSC圖形 64
圖4-13高分子PFATT-SH與複材PFATT-Au之UV-vis圖﹝Solution﹞ 66
圖4-14高分子PFATT-SH與複材PFATT-Au之PL圖﹝Solution﹞ 66
圖4-15高分子PFATT-SH之CV圖形 69
圖4-16高分子複材PFATT-Au之CV圖形 69
圖4-17 原件製作程序 70
圖4-19為高分子混合材料之I－V特性曲線 72

表目錄
表4-1 高分子PFATT-SH與PFATT-Au之binding energy與面積分佈 56
表4-2 奈米金顆粒大小分佈情形 59
表4-3 高分子PFATT-SH與PFATT-Au之溶解度測試表 61
表4-4 高分子與高分子複材溶液態UV-vis吸收波長 65
表4-5 高分子與高分子複材之電化學性質 69
表4-6 高分子與高分子複材之電化學性質 72

參考文獻
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