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        分子尺度的混亂可提升聚合物性能

        2014-04-29 00:44:03
        環(huán)球飛行 2014年2期
        關(guān)鍵詞:無序半導(dǎo)體晶體

        美國科學(xué)家近日指出,分子尺度的混亂實際上能提高聚合物的性能,最新研究有助于推動低成本的商用塑料太陽能電池的研發(fā)工作。

        研究的合作者、斯坦福大學(xué)材料學(xué)和工程學(xué)副教授阿爾伯托·塞羅表示:“人們以前認(rèn)為,使聚合物更像晶體硅,其性能會更好,但結(jié)果卻是,聚合物并不會自然形成有序的晶體,它們會形成小而無序的晶體,這更好??茖W(xué)家們應(yīng)學(xué)會處理塑料固有的混亂天性。”該研究團(tuán)隊對一類有機材料-半導(dǎo)體聚合物進(jìn)行了研究,這類材料的碳原子鏈擁有塑料的屬性,但能吸收太陽光并導(dǎo)電。

        自從40年前半導(dǎo)體聚合物首次“問世”以來,它就一直被認(rèn)為是制造超薄太陽能電池、發(fā)光二極管以及晶體管的理想材料。塞羅表示:“在太陽能電池內(nèi),電子需要能很快通過材料,但半導(dǎo)體聚合物內(nèi)電子的流動性很差,所以,它一直未被商業(yè)化?!睘榱私鉀Q這個問題,有科學(xué)家設(shè)計出了更加堅硬的聚合物來制造更有序的晶體,但仍然于事無補;而另外一些科學(xué)家則制造出了一些看起來無序的聚合物,其反倒擁有很高的電荷流動性。

        塞羅團(tuán)隊將那些無序的材料送到了SLAC國家加速器實驗室進(jìn)行X射線分析。結(jié)果表明,其中一種類似于指紋的分子結(jié)構(gòu)變得無序。有些聚合物看起來像雜亂無章的意大利面條段,而另外一些則形成了僅僅幾個分子長的小晶體。

        通過分析流經(jīng)這些樣本的電荷釋放出的光,科學(xué)家們確定,大量的小晶體散落在材料各處且通過長的聚合物鏈互聯(lián)。塞羅解釋道:“晶體的‘小體型是提高其性能的關(guān)鍵。體型小使帶電的電子能通過晶體并快速移動到下一個晶體。隨后,長的聚合物鏈攜帶電子快速通過材料,所以,其比更大的未被連接的晶體擁有更高的電子流動性。另外,大的聚合物一般不溶于水,因此,無法使用噴墨打印技術(shù)等廉價技術(shù)進(jìn)行處理?!?/p>

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