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高分子材料在能源信息领域的应用 能源 水力 火力 风力 核能 潮汐 地热 太阳能发电站 有机太阳能电池 植物光合作用 多晶硅太阳能电池 太阳能电池发展历史 1839 Bequerel发现了光电效应 1873 Selen发现了光伏效应 1954 研发出半导体技术第一块硅晶片诞生 固体吸收光线 产生自由电荷 电荷分离 在太阳光照下 毫无损伤地产生电子能量 能级分布 固体中的能量状态图 绝缘体 金属 半导体 太阳能电池发电原理 太阳能电池种类 硅太阳能电池 多元化合物太阳能电池 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 纳米晶太阳能电池 聚合物太阳能电池 用于太阳能电池的高分子 纳米复合材料 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚乙炔 高分子的化学结构 聚噻吩 聚吡咯 聚苯 聚苯撑乙烯 聚芴 三联苯聚乙炔 C60足球烯 RichardN Zare Walter Kohn Harold Kroto NobelPrizefor1996 NobelPrizeinChemistry2000 Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers G MacDiarmidH ShirakawaJ Heeger 电导率 能带间隙 EnergyBandGap 金属之Eg值几乎为0eV 半导体材料Eg值在1 0 3 5eV之间 绝缘体之Eg值则远大于3 5eV 导电高分子材料的研究进展 1862年 英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质1954年 米兰工学院G Natta用Et3Al Ti OBu 4为催化剂制得聚乙炔1970年 科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰 SN x具有超导性 初期的实验发现与理论积累 科学家将有机高分子与无机高分子导电聚合物的开发研究合在一起开始了探寻之旅 1974年日本筑波大学H Shirakawa在合成聚乙炔的实验中 偶然地投入过量1000倍的催化剂 合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔 10 8 10 7S m 10 3 10 2S m 导电高分子材料的发现 导电高分子材料的研究进展 1975年 G MacDiarmid J Heeger与H Shirakawa合作进行研究 他们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应 doping 后 其电导率令人吃惊地达到3000S m 聚乙炔的掺杂反应 导电高分子材料的研究进展 1980年 英国Durham大学的W Feast得到更大密度的聚乙炔 1983年 加州理工学院的H Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔 其导电率达到35000S m 但是难以加工且不稳定 1987年 德国BASF科学家N Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改良 得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级 达到107S m 后续研究进展 金属防腐蚀 防止低碳钢腐蚀 火箭发射塔内壁的保护 界面 两者的界面产生一个电场 阻止电子从金属流向外部的氧化层 聚苯胺还原电位0V SCE 金属铁氧化电位 0 7V SCE 两者的作用在界面形成氧化层 导电高分子层使得铁直接与界面的水相互作用而氧化最终成为致密的氧化膜 起到保护作用 船舶防污涂料 海洋生物污损 传统的防污涂料采用氧化亚铜 有机锡等 污染海洋环境含海洋生物天敌的生物防污涂料 含有有机硅低表面能防污涂料导电防污涂料 导电聚苯胺在海水中会发生氧化还原反应海洋生物生长的最佳PH为7 8 导电涂层的酸性环境 电学性能与应用 透明电极 印刷电路板 微波焊接 金属和石墨电极不透明 导电高分子可以制成透明电极但透明性与高导电性是矛盾的 樟脑磺酸掺杂 在绝缘的基底上镀金属铜 表面吸附贵金属 然后在铜离子的甲醛溶液中化学沉积出铜 再用电镀的方法可直接将导电的聚苯胺沉积在绝缘的尼龙或聚酯薄膜上 聚苯胺类高分子在一定的电导率范围内具有很高的介电常数很强的吸收电磁波的能力 吸收电磁波后可将电磁能转变为热能在两块聚乙烯之间加入聚苯胺 微波处理后 界面处的聚乙烯熔融 最终粘结在一起 具有良好的力学性能 新能源 燃料电池 质子交换膜 有机发光二极管 OLED 有机发光显示器 有机半导体材料和发光材料在电场驱动下 通过载流子注入和复合导致发光 邓青云 1979年的一天晚上 在柯达公司从事科学研究工作的华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室 回到实验室 他发现黑暗中有个亮东西 打开灯 原来是一块做实验的有机蓄电池在发光 有机发光二极管OLED 光传导高分子材料 光导纤维 手机保护膜 防刮 采用高品质高分子材料 表面的抗摩擦和划伤能力强 高透明度 真彩色色调以90 透光率 可以感受到舒适明亮的画面和真实自然的色彩感软屏幕的画面色调采用特殊微雾的表面处理技术 能有效减少高达98 的反射视觉和外部环境光线耐指纹和防灰尘作为特殊防静电 表面可以有效地防止指纹附上和远离粉尘有效的紫外线隔离高达75 特殊表面涂层能有效隔离紫外线屏幕所产生的负担 手机结构手机结构一般包括以下几个部分 1 LCDLENS材料 材质一般为PC或压克力 连结 一般用卡勾 背胶与前盖连结 分为两种形式 a 仅仅在LCD上方局部区域 b 与整个面板合为一体 2 上盖 前盖 材料 材质一般为ABS PC 连结 与下盖一般采用卡勾 螺钉的连结方式 螺丝一般采用 2 建议使用锁螺丝以便于维修 拆卸 采用锁螺丝式时必须注意Boss的材质 孔径 Motorola的手机比较钟爱全部用螺钉连结 下盖 后盖 材料 材质一般为ABS PC 连结 采用卡勾 螺钉的连结方式与上盖连结 3 按键材料 Rubber pc rubber 纯pc 连接 Rubberkey主要依赖前盖内表面长出的定位pin和boss上的rib定位 Rubberkey没法精确定位 原因在于 rubber比较软 如keypad上的定位孔和定位pin间隙太小 0 2 0 3mm 则keypad压下去后没法回弹 4 Dome按下去后 它下面的电路导通 表示该按键被按下 材料 有两种 Mylardome和metaldome 前者是聚酯薄膜 后者是金属薄片 Mylardome便宜一些 连接 直接用粘胶粘在PCB上 5 电池盖材料一般也是pc abs 有两种形式 整体式 即电池盖与电池合为一体 分体式 即电池盖与电池为单独的两个部件 连结 通过卡勾 pushbutton 多加了一个元件 和后盖连结 6 电池盖按键材料 pom 电脑 为什么我的笔记本一摔就坏了 而他的摔一下却什么事都没有 为什么我的笔记本屏幕一按就有水波纹 而他的上面居然能站个人 为什么我的笔记本不能沾水 而他的把水泼上去竟然也没关系 为什么我的笔记本重得像板砖而他的却似乎轻若无物 镁铝合金 钛合金 ABS工程塑料 改进型工程塑料 碳纤维 光信息存储 有机存储材料 生活离不开的电子产品 芯片 感光性高分子材料PhotosensitivePolymericMaterials 感光高分子材料 在光的作用下能迅速发生光化学反应 引起物理和化学变化的高分子体系感光高分子材料的应用光致抗蚀剂 光刻胶 光固化粘合剂光固化涂料 油墨 相关的光化学过程 Photochemistry 光聚合Photopolymerization 44 光交联Photocrosslinking IC制作的光刻胶 光刻胶涂覆于表面为SiO2的单晶硅片上在单晶硅片上制作出集成微小电阻 电容 晶体管等微电子元器件 金属氧化物半导体 MOS 晶体管示意图 46 对底材进行区域选择性保护 裸露区域被刻蚀 光刻原理 Manufacturingsteps Themanufacturingprocessinvolvesfourmainsteps Deposition 沉积 单晶硅片上沉积异相薄膜SiO2 Al Doping 掺杂 通过掺杂改变导电性Photolithography 光成像 照相制版 制掩膜Etching 蚀刻 转印立体图案至单晶硅片上 Process 正性与负性光刻胶 光刻胶 光致抗蚀剂 photoresist 正性光刻胶 光致可溶 易溶 负性光刻胶 光致不溶 难溶 正性光刻胶 光致增溶机理 酸增殖反应 光照下光产酸剂分解出H 然后H 催化保护基团的脱落 同时产生H 后者又可以作为催化剂 如此不断循环 使酸浓度越来越高 负性光刻胶 机理 光致耦合 交联等 代表类型 聚乙烯醇肉桂酸酯 环化橡胶 多叠氮体系 水性光刻胶等 水溶性光刻胶 水溶性高分子 水溶性多叠氮感光交联剂水溶性高分子 聚乙烯基吡咯烷酮 聚丙烯酰