华工高分子高物作业

1、1、 聚合物受到的应变速度对其性能的影响，如下图示。请用自己的语言进行叙述。答：如图所示，红线为温度T和摧断强度的关系，黑线为温度T和屈服强度的关系。两种强度均随温度升高而下降。红线与黑线的交点横坐标Tb为材料的脆断温度。由图可知，随着应变速度增大，相同温度下材料的脆断应力和屈服应力都增大了，材料的脆断温度也增大了。究其原因，当材料受到的应变速度大于链段的运动速度，链断运动跟不上外力的作用，要让材料屈服的话需要更大的外力，即材料不发生屈服，表现为脆断。相反，若链段运动的速度与外力作用速度相适应，材料在断裂前发生屈服，表现为韧性断裂。2、某高分子材料（如聚乙烯）在实际工程应用中，由于使用要求的提

2、高，其力学性质不能满足新的要求，举例说明可以通过哪些方法来解决。（可参考影响高聚物力学性质的因素进行说明）1、共混或共混改性。与使用性能更优越的材料共混，例如在聚苯醚中混入橡胶可以提高冲击强度。2、使用纤维材料。纤维材料本身具有一定的强度，与聚合物粘连在一起后，大大的提升了材料的强度。3、使用增塑剂。加入增塑剂可以使链段运动能力增强，提高材料的抗冲性能。塑料太阳能电池的研究现状塑料太阳能电池的优点目前商品化的太阳能电池是用无机半导体材料制成的。在无机太阳能电池中，人们逐渐开发出了单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。 由于无机硅光伏电池制作成本较高，人们又不断研制出基于其他材料的太阳能电池。目前能

3、量转换效率最高的是基于 2族化合物砷化镓 ( GaA s)的太阳能电池，其能量转换效率最高可达 28 %。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率比非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染。相比而言，塑料太阳能电池具有无机太阳能电池所无法比拟的优点 ：1可进行分子层次上的结构改进，原料来源广泛。2有多种途径可改变和提高材料光谱吸收能力，扩展光谱吸收范围并提高载流子迁移能力。3加工性能好，可利用旋转涂膜和流延法大面积成膜。可进行拉伸取向，使极性分子规整排列。采用LB成膜技术可在分子水平控制膜的厚度。4可进行物理改性，如采

4、用掺杂、高能离子注入或辐照处理，可提高载流子传输能力，减少电阻损耗，提高短路电流。5电池制作多样化，同一种类聚合物导电材料因为掺杂状态的不同，可以表现为不同的半导体类型。6原料价格便宜，合成工艺比较简单，成本较低，可以大批量工业化生产。7 绿色能源，无环境污染8可制备在柔性衬底上9可采用印刷或打印的方式实现工业化生产塑料太阳能电池塑料光伏电池的光电转换过程同无机光伏电池相比略有不同，光电流的产生主要分为四个步骤：1在光照下吸收光子产生激子 ；2激子的扩散；3激子分离产生电荷；4电荷被电极收集形成光电压。常用的制备塑料太阳能电池的电子给体材料为聚苯撑乙炔衍生物 (M EH 2PPV , MDMO

5、 2PPV )和聚噻吩衍生物 ( P3HT) , 电子受体材料为 PCBM ,其分子结构如图 3 所示. 这些聚合物材料在可见光范围内有较好的吸收 , 同时具有较高的空穴传输性能 ,是较理想的塑料太阳 能电池材料. 然而尽管通过采用体异质结结构能够有效地提高电荷的分离效率 ,但是影响光伏电池性能的因素很多 ,下面重点综述一些提高这几种典型共轭聚合物给体材料与 PCBM 电子受体组成的体异质结塑料太阳能电池的光强度在电池各层中的空间分布传统的塑料太阳能电池通常由 ITO 玻璃衬底 、 PEDO T缓冲层 、光活性层和金属电极组成. 各层的厚度一般在 1 00 nm左右 ,由于光学的干涉作用导致光

6、强度在各层中的分布不同 . 对传统结构的光伏器件 ,由于金属电极的作用使电极附近的区域内 光场强度为零 ,这样会导致这一区域对光电流没有贡献 塑料太阳能电池的挑战及展望塑料太阳能电池真正实现商品化还必须解决许多难题. 首先是实现较高的能量转换效率. 现在国际上已经有几个研究组报道了 效率达到 5 %的塑料太阳 能电池 ,这是一个非常鼓舞人心的结果 . 但是 ,塑料太阳能电池的实验室效率必须达到更高的值 ,才能真正考虑商品化. 目 前塑料太阳能电池面临的问题。外这一效应还会导致 PEDO T内 的光场强度比较强 ,但是 PEDO T吸收光子不会形成光电流 ,因此会导致光电转换效率较低 . 对塑料

7、太阳能电池这种薄膜型的器件 ,由于各层的厚度与入射光波长相当 ,光学干涉作用就比较明 显 ,因 此如何控制和利用 光学干涉效应对提高电池的效率非常重要不足主要有以下几个方面(1 ) 共轭聚合物材料的吸收光谱与太阳光光谱不匹配. 目 前用 于制备塑料太阳 能电池的共轭聚合物材料多为聚苯撑乙炔 ( PPV )和聚噻吩衍生物 ,这些聚合物的禁带宽度 ( Eg )在 2. 02. 2 eV间 ,而地表太阳光的能量主要集中在 1. 41. 6 eV ,因此 ,目 前常用的这些聚合物的禁带宽度与太阳 光能量分布之间存在较大的失配 ,太阳光谱中的一大部分长波段光子还没有被有效地利用 ,不能充分吸收太阳光是制约塑料太阳能电池效率提高的关键因素之一 .(2) 载流子迁移率比较低 . 同无机太阳能材料相比 ,有机材料的载流子迁移率比较低 ,使得有机太阳能电池的内 阻比较大 ,尤其是为实现最大的光吸收提高活性层的厚度会导致串 联电阻明显增加 ,降低短路电流和填充因子. 尽管采用体异质结结构可有效解决电荷分离和载流子输运的问题 ,有机材料的迁移率仍需进一步提高.(3 ) 稳定性和价格是衡量一种太阳能电池能否实现