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我有科研辅助系统

第三十八章 时温等效原理

我有科研辅助系统 肥美的韭菜 2124 2020-08-29 10:00:00

  周六。

  许秋宅在寝室,用电脑检察学姐拷贝给他的文献资料,关于柔性衬底有机太阳能电池的。

  文献数量不多,只有不到十篇,期刊档次普遍不高,都是SCI二区的,没有一区的文章。

  至于为什么没有三四区的文章,许秋从学姐那了解到,是因为魏老师只会检索一二区的期刊,并将它们整理好发给学生。

  许秋花费两个多小时,简陋的读完所有文献后,获得了想要的信息:

  柔性基底通常接纳聚酯质料,PET或PEN。

  PET和PEN的玻璃化转变温度,划分为70和120摄氏度左右。

  因此,以它们为基底制备电池器件时,传输层和有效层质料的加工温度不能过高。

  文献中的解决措施是用低温法制备金属氧化物作为传输层质料,好比二氧化钛、氧化锡等。

  许秋思考事后,觉得贸然使用之前没有用过的传输层质料,风险过大。

  因为需要花费大量时间去摸索条件,最终结果可能还不尽人意,倒不如对自己熟悉的质料加以革新。

  最终他决定使用PEN为基底,先实验使用PEDOT:PSS作为传输层质料,降低它的退火温度至100摄氏度,并延长退火时间。

  确定了基底之后,许秋给陈婉清发微信:

  “之前魏老师交给我的项目,要用到柔性基底,因此我需要订做一批镀有ITO薄膜的PEN基底,学姐那边有没有门路。”

  没过几分钟,他便收到了学姐的回复。

  “好。”一个蜜桃猫的心情。

  “等我消息。”

  …………

  许秋放下手机,闭眼做了一套眼保健操,然后休息片刻,进入模拟实验室。

  昨天还留下一个溶液溶解的问题没有解决。

  不外,目前只有在配制有效层溶液时,才存在留宿搅拌的需求,即搅拌时长大于12小时。

  像是配制氧化锌预聚体溶液,只需搅拌两小时,问题便不大。

  许秋进入手套箱,拿起昨日配好的有效层溶液,轻轻晃动瓶子,可以明显的看到瓶壁上挂有未溶解的聚合物质料。

  他盯着小棕瓶,陷入了沉思。

  为什么溶液要搅拌留宿?

  因为聚合物分子量较大,溶解比力困难,需要长时间的搅拌使其充实溶解。

  那有没有什么途径可以使聚合物快速溶解呢?

  可以降低其浓度。

  但降低浓度的话,旋涂出来的薄膜厚度就会变薄,所以并不是一个好要领。

  有没有其他措施呢?

  许秋突然想到,上学期学过的《高分子凝聚态物理》中讲到过高聚物的时温等效原理。

  具体的描述他已经记不清了,但大致意思应该是提高温度可以缩短时间。

  为了验证这个想法,许秋退出模拟实验室。

  他在书架上找到《高分子凝聚态物理》课本,翻看目录,很快便找到了“时温等效原理”的介绍:

  高聚物的同一力学松弛现象可以在较高的温度、较短的时间(或较高的作用频率)视察到,也可以在较低的温度下、较长时间内视察到。因此,升高温度与延长视察时间对分子运动是等效的,对高聚物的粘弹行为也是等效的。

  这个讲的是高聚物的力学松弛现象,并不是说溶解历程,不外许秋觉得或许可以将其延伸一下。

  因为溶解历程也算是高分子的分子运动历程,那么升高温度与延长搅拌时间也应该也是等效的。

  而且在氮气气氛内,组成有效层的两种质料对热都很稳定,耐100摄氏度的温度没有什么问题,否则也不会有热退火步骤了。

  不外这样的话,使用氯仿溶剂就不合适了,因为它沸点低,无法加热到很高的温度。

  许秋返回模拟实验室。

  先将昨日配制的氧化锌预聚体溶液放在培养皿盖子上,然后将加热搅拌台的温度设为90摄氏度,最后将有效层溶液放在加热台上。

  验证想法的话,需要期待一段时间,许秋决定再配制一些其他浓度的PTB7-TH:PC[70]BM有效层溶液。

  溶剂都选择氯苯,浓度则划分为10、20、25毫克每毫升,给体受体的质量比仍牢固在1:1.5,各1毫升。

  他想看看聚合物的极限溶解度是几多。

  配好溶液后,许秋将四种溶液凭据各自的浓度,划分记做10#、15#、20#、25#溶液。

  将10#、15#、25#溶液放在加热搅拌台上后,他拿起最早配制的15#溶液,再次轻轻晃动瓶子,发现已经没有固体残余挂在瓶壁上了。

  他看了眼时间,只已往了半个多小时。

  果真,“时温等效原理”也可以用在聚合物的溶解上。

  而且,温度对于时间的影响是指数级此外,虽然现在的90度加热,相较于平常的60度只提升了30度,但溶解速度却可能相差了10倍。

  许秋将15#溶液放在瓶架上,使其缓慢降至常温。

  然后开始旋涂氧化锌基片,一共12片。

  在期待基片退火的历程中,他又返回手套箱检察各溶液的溶解情况。

  结果发现,瓶架上的15#溶液在冷却后,内部液体竟变为了凝胶状。

  许秋稍用力的晃动瓶子底部,下方的凝胶却一动不动,最终他只好再次将15#放在加热搅拌台上加热。

  他接着检察另外三种浓度的溶液,10#、20#均完全溶解,25#则未完全溶解,瓶壁上仍有固体颗粒存在。

  许秋将10#、20#溶液放置在瓶架上冷却。

  然后用移液枪在25#溶液中加入667微升的氯苯溶剂,将其浓度稀释为15毫克每毫升,并重新贴好25#15#的标签,再把它放到加热台上。

  随后,许秋将每个溶液编号代表的意义纪录到实验纪录本上。

  再次进入手套箱,他发现15#溶液已经部门解除凝胶状态,开始重新变为溶液。

  10#溶液在常温下可以保持溶解状态,而20#溶液同样泛起了凝胶的现象。

  也就是说,在常温下,质量比为1:1.5的PTB7-TH:PC[70]BM在氯苯溶剂中,极限溶解度为10-15毫克每毫升,在90摄氏度下,极限溶解度在20-25毫克每毫升。

  温度升高,不仅能够提高溶解速度,也能同时提高溶解度。

  溶液溶解的问题算是解决了。

  只是,新的问题又泛起了。

  这些溶液该怎么旋涂呢?

  是把它们都稀释到10毫克每毫升浓度,期待其冷却后再涂?

  照旧不稀释,直接趁热涂呢?

  不外,考虑到这周的实验时长已经刷满。

  照旧先不纠结这个问题,等到下周再继续实验,节省一些积分吧。

  

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