含氰基有机化合物的等离子体聚合及电学性能研究

I、等离子体聚合TCNQ、TCNE薄膜采用内部电极、电容耦合式、钟罩型RF等离子体聚合装置，在不同的放电功率下，首次进行了TCNQ（四氰基二甲苯醌）、TCNE（四氰基乙烯）的等离子体聚合，并利用红外光谱（IR）、紫外光谱（UV）、元素分析、X线光电子能谱（XPS）对所得聚合物的化学结构进行了表征。结果表明，在TCNQ、TCNE的等离子体聚合物中存在着较大范围的π电子共轭结构体系。通过对其聚合物薄膜的电学性能研究结果发现，随聚合反应条件不同，所制得的聚合物膜电导率在10~（-10）～ 10~（-6）scm~(-1)范围内变化，并且发现这种等离子体聚合膜具有典型的p-型半导体特征，由这些等离子体聚合物薄膜制备的Al电极/聚合物膜/ITO电极夹层元件，在无光照射的暗状态时，都具有较优良的单向导电的整流特性，并且在白色光的照射下，能够产生光生电动势而显示出较好的光电转换特性。另外，这种聚合物薄膜还具有一定的光电导性。本实验通过研究放电功率对等离子体聚合物化学结构的影响时发现，在较低放电功率时，有利于聚合物中较大范围的π电子共轭结构体系的形成。相应的聚合物膜电学性能研究表明，在较低放电功率下制得的聚合物膜具有更优良的电学性能，如在5W低放电功率下制得的TCNQ聚合物薄膜的电导率可达10~（-6）scm~(-1)，并且由其制备的夹层元件显示出优良的整流特性，当在白色光照射下，光电转换效率可高达10~（-3）%， 这在目前有机太阳能电池研究中，也属相当优良的有机光电转换材料之列。II、起始单体的化学结构对聚合物膜的结构及电学性质影响利用与I同样的实验方法，选用了一些具有不同化学结构的含氰基有机化合物为起始单体[TCNQ、TCNB（四氰基苯）、邻苯二甲腈、TCNE、二氨基马来腈、乙腈]，进行了等离子体聚合，并研究了起始单体结构对聚合物化学结构及电学性质的影响。结果表明，含苯环的氰基化合物在等离子体聚合过程中，具有大π电子共轭结构的苯环保持较好，并能够通过打开C≡N三键向更大范围延续，结果导致相应的等离子体聚合物膜具有较高的电导率，并且由这些聚合物膜制备的Al/聚合物膜/ITO夹层元件显示出优良的整流特性和光电转换性能。相反，当起始单体中的H原子含量较高时，就会导致相应聚合物中π电子共轭链段较短，相应的聚合物也就显示出较差的电学性质。另外，为提高等离子体聚合膜的电学性能，还进行了TCNQ与铜的乙酰丙酮络合物（CuAA）的等离子体共聚合，结果发现聚合膜电学性能明显改善。III、在辉光放电中乙腈等离子体聚合反应历程的研究采用外部电极、电容耦合式、管状RF等离子体聚合装置，在不同放电功率下，不同等离子气体以及不同等离子气体/单体比的反应条件下进行了等离子体聚合。通过考察聚合物膜的淀积规律和红外光谱测试与元素分析提供的聚合物化学结构数据，研究了乙腈在辉光放电中的聚合反应历程。实验结果表明，在低能量下，乙腈的等离子体聚合主要是通过脱氢引发进行的，而在高能量下，通过打开C≡N三键而进行聚合的几率将增大。