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作者(中文):翁宗民
論文名稱(中文):共軛高分子MEH-PPV光電行為與機械應力之關係: 單分子與跨分子作用之探討
論文名稱(外文):The Influence of Mechanical Stress on The Optoelectronic Enhancements of Conjugated Polymer MEH-PPV : Intra-chain Interaction and Inter-chain Interaction
指導教授(中文):楊長謀
口試委員(中文):楊長謀
吳逸謨
韋光華
戴子安
郭炳林
張玉明
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學號:101031607
出版年(民國):103
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:共軛高分子MEH-PPVup-conversion超快雷射時間解析局部應力
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在過去實驗室學長的研究成果中,我們可發現在共軛高分子超薄膜的研究,藉由機械拉伸、薄膜除潤、或製程溶劑揮發,使高分子鏈經歷機械拉伸,而使其被迫處於分子拘束狀態,此時分子鏈段上之激子困縛(exciton trapping)下降,使發光效率有非常明顯的提升。
但在過去學長的研究成果中,我們也發現高濃度摻雜薄膜在經由機械拉伸時,其光電增益非常不明顯,且若將濃度提高到100%(純MEH-PPV薄膜)來進行拉伸實驗,此薄膜非常的脆以至於無法拉伸(約在0.5%即產生破裂)。為了克服這個問題並探討應力對於高濃度薄膜光電增益的影響,本實驗利用了有別於以往單層結構摻雜的雙層結構薄膜拉伸,我們將100%共軛高分子MEH-PPV覆蓋於光學惰性高分子PS基材上,經外部機械拉伸所引起之局部形變過程中,探討其局部應力與巨大發光增益行為之關係,可發現其發光增益隨著局部應力上升而指數上升,當局部應力達215MPa時,其發光增益可達40倍之多,其應力效應歸因於促使分子鏈段處於一應力拘束狀態,降低了局部形變區域中MEH-PPV分子鏈上之電荷捕捉能力,也就是對其charge-phonon coupling予以抑制之效果,並由共軛焦微螢光光譜量測拉伸薄膜的各個區域,我們可以發現在局部形變區域中的MEH-PPV高分子,其共軛長度有明顯的改變,且在局部形變區域內其發光增益也遠大於彈性形變區,其發光增益與所受的應力呈正相關。其後利用飛秒時間解析上轉換系統,量測在極短時間尺度下,拉伸薄膜在各個區域其時間解析光譜,藉由探討其光譜位置紅位移的速度及激子總量隨著時間的改變,來探討局部應力對共軛高分子MEH-PPV的發光行為的影響。
最後,我們分別準備了1% MEH-PPV/PS及100% MEH-PPV兩種薄膜,並為了排除低膜厚薄膜(100nm以下特別顯著)在旋轉塗佈時的殘留應力影響,將兩薄膜的厚度均提高至700nm,利用飛秒時間解析上轉換系統來探討分別由intra-chain interaction及inter-chain interaction主導的兩系統,其在相同時間尺度下衰退機制是否有不同,並找出其物理意義。
第一章 簡介 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 高分子薄膜應變機制及機械性質 3
2-1-1 纖化區(craze)介紹 3
2-2交連(cross-link)與交纏網路(entanglement network) 18
2-3 共軛高分子MEH-PPV 21
2-4共軛高分子拉伸與發光行為影響 28
第三章 實驗方法 30
3-1實驗材料 30
3-1-1 高分子材料 30
3-1-2 有機溶劑 31
3-1-3 實驗基材 32
3-2拉伸實驗薄膜製備 32
3-3實驗方法 37
3-3-1拉伸實驗方法 38
3-4儀器介紹與分析 39
3-4-1光學顯微鏡 (Optical microscopy) 39
3-4-2原子力顯微鏡 (Atomic force microscopy) 40
3-4-3螢光光譜儀(Photoluminescence Spectrometer) 43
3-4-4原子力顯微鏡整合共軛焦螢光光譜儀系統 46
第四章 結果與討論 49
4-1拉伸高分子薄膜試驗 49
4-1-1薄膜表面形貌 50
4-1-2纖化區之產生與成長 51
4-1-3 纖化區之微區觀察 53
4-2拉伸高分子薄膜之機械性質探討 53
4-3 拉伸共軛高分子之發光性質探討 61
4-3-1 拉伸處理引起之光致發光增益 61
4-3-2 局部形變區之光致發光增益分析 63
4-4 局部拉伸應力與共軛高分子發光增益之探討 68
4-5 雙層結構薄膜之共軛焦微螢光光譜 69
4-6 雙層結構薄膜之時間解析(TIME-RESOLVED)光譜 83
4-7 拉伸雙層高濃度系統與單層摻雜系統 95
第五章 結論 103
第六章 參考文獻 106
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