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溶剂活度用于描述聚合物/溶剂凝聚体系中溶剂的“有效浓度”,其数值等于挥发平衡时溶剂的相对蒸气压,即A=p/po,A的取值范围在0到1之间。本学位论文发展了聚合物/溶剂体系的溶剂活度-温度相图(简称聚合A-T图),并用其描述溶剂和热诱导的半晶性共轭聚合物相变及其演化规律。论文内容属于高分子物理。
为了解决普遍使用的溶剂含量-温度(φ-T)相图的局限性,对φ-T相图中的原则上可进行坐标变换成溶剂活度A,由此得到A-T相图。A-T相图中的二维坐标(温度T,溶剂活度A)代表聚合物所处的条件,因此聚合物的溶液相变、溶剂挥发诱导相变、溶剂气氛诱导相变和热致相变均可纳入到A-T相图的框架中。本学位论文各章节围绕A-T相图中几个代表性的相变路线展开研究。
论文选取可溶性聚噻吩(poly(3-alkylthiophene)(P3AT)及其共混物作为模型聚合物体系,通过研究其在A-T条件下的相演化规律,以及材料性能和相变的关系,来开发A-T相图在聚合物溶液加工中的应用价值。其中,第一章利用不良溶剂研究了P3AT及其共混物的溶液在改变温度T时发生的溶液相变(对应于A≈1);第二章利用良溶剂研究了聚合物的溶剂挥发诱导相变(A从1到0)和溶剂气氛诱导相变(A从0到1);第三章在A-T相图中将溶液相变、溶剂挥发诱导相变、溶剂气氛诱导相变和热致相变进行了相关性研究,并探讨了A-T相图在聚合物溶液加工方面的应用以及开发了制作相图的配套仪器。
聚合物在A-T相图中的相变路径决定了材料的性能。作为聚合物A-T相图的应用,我们以基于P3ATs的半导体/绝缘体共混物和半导体p/n结共混物为例,研究了聚合物电/光电性能与A-T条件下材料相演化的关系。阐明了半导体/绝缘体共混物中绝缘基质增强半导体电荷传输的物理机制及实现途径,为聚合物半导体体相复合材料的高性能化提供了指导;优化了半导体p/n结共混物的薄膜形态,从材料相变角度丰富了聚合物光伏器件的调控内容。
聚合物A-T相图可为聚合物的溶液加工工艺提供指导。