第七十三章 實驗想法(上)
更新時間:2021-03-29 作者:肥美的韭菜
我有科研輔助系統 第七十三章 實驗想法(上)
兩人到門衛那里借來一輛手推車，在車上放了四個空的水桶，然后推著車來到老化學樓。 這里有一個專門的水龍頭，流出來的直接就是去離子水。 路上，許秋好奇問道： “我用了這么久的去離子水，還不知道它和蒸餾水有什么區別呢。” “主要是制備方法上的不同，”陳婉清道： “去離子水的話，首先需要通過石英砂過濾顆粒較粗的雜質，然后將其高壓通過反滲透膜，最后還要經過紫外殺菌以去除水中的微生物。 假如此時電阻率還沒有達到純水的要求，可以再進行一次離子交換過程，其電阻率可達到18兆歐姆厘米以上。 相對而言，蒸餾水只是先氣化再冷凝，其電阻率一般沒有去離子水高，因此半導體工業中用的大多數是高純度的去離子水。” …… 兩人將去離子水運送回實驗室。 由于吳菲菲還在使用蒸鍍設備，所以現在不能往儲水艙中加水。 許秋將去離子水和修好的循環水系統復制到了模擬實驗室中，再次檢查了一遍，沒有發現異常。 “學姐，我們該做正事了，”許秋道： “來討論合成給體材料的事情吧。” “對哦，明天還要作報告呢。”陳婉清道： “那你先來簡單介紹一下有機光伏材料的發展史吧，我正好也能檢驗一下你的文獻閱讀情況。” 許秋堅持每天閱讀文獻1小時已經超過兩個月了，連暑假都沒有停下。 所以他信心滿滿道： “有機光伏材料，也就是用于電池器件的有效層材料，分為給體和受體兩種。 它們最初是被稱為電子給體和電子受體的，后來，人們為了書寫和交流方便，將‘電子’兩個字省略了。 在受到光照后，給體材料發生光電反應，生成激子，即電子-空穴對，激子在給/受體的界面處拆分為自由電子和空穴。 接著，自由電子從給體轉移到受體上，相當于給體材料給出電子，這也是電子給體這個名稱的由來。 在內建電場的作用下，電子經由受體材料，傳輸到電極負極，空穴則經由給體材料，傳輸到電極正極，電池正負極之間形成電勢差。 當電池外接有負載時，便形成了光電流。” “原理部分基本正確，繼續吧。”陳婉清贊許道。 “受體材料的研究進展較為緩慢。”許秋道： “最早用的是富勒烯C-60，到現在，被廣為使用的受體材料仍然是富勒烯的衍生物PCBM。 唯一的改進就是，原先的C-60不能溶于有機溶劑，所以需要蒸鍍到器件上，而PCBM可以與給體材料共混，一同旋涂。 當然，研究者們也開發了其他受體材料，比如苝二酰亞胺的衍生物等等，但效率一直做不高，難以突破10%。 而近年來，給體材料取得了很大的突破，研究空間很大。 學姐是不是因為這個原因，才選擇做給體材料的呢？” “沒錯，研究空間大，就意味著好發文章，”陳婉清倒是大方承認。 “你繼續說吧，別打岔了。” “聚合物給體材料，整體上可以分為三代。”許秋道： “最開始是聚對苯乙烯，PPV的衍生物，后來是經典的聚3-己基噻吩，P3HT，現在則是以PTB7-TH為代表的D-A共聚物。 聚合物是由一個或多個結構單元重復連接的大分子，相對分子質量通常在1萬以上。 PPV、P3HT都是均聚物，顧名思義，就是只有一個結構單元的聚合物。 而第三代興起的D-A共聚物，就是由兩個結構單元D單元和A單元聚合而成。 因為D、A單元種類繁多，這使得第三代給體材的料數量也急劇膨脹起來。” “是啊，”陳婉清接過話茬： “其中大部分給體材料的光電性能都不怎么樣，所以就只能發在二三四區期刊灌灌水。 像是PTB7-TH等性能優異的材料，還能發在自然的大子刊，比如自然·光學上。 但目前最高12%左右的效率還是不夠看，想要登頂自然主刊基本上不可能。 我覺得主要原因在于這些都是基于PCBM受體的體系。 而這個體系有個很大的問題，就是PCBM它幾乎不吸收可見光，因此太陽光的透射損失非常大。 我覺得有機光伏領域未來的出路，就在于合成一種新的高性能受體，取代并推翻PCBM常年的壟斷地位。 當然，這些都是之后的事情了，我們還是先考慮眼前吧。 我來講講我的思路。” “之前我只是和魏老師學習過合成方法，用的是比較便宜的原料，實驗操作倒是都學會了。 但是合成新材料的話，實驗條件肯定會變化，還是要重新摸索。 所以我打算先找已經報道過的兩種高性能的D-A聚合物。 將它們在分子級別上共混，做個三元的聚合物，比如我用三種結構單元D、A1、A2進行聚合。” “學姐，你等下，你這個想法我聽著怎么這么耳熟呢？”許秋想了想，說道： “這不就是學姐的上一篇文章的思路嗎，只是這次改成了用三種單元合成一種給體材料了。” 陳婉清笑了笑，沒有正面答復，而是拋出一個問題： “學弟，你有合成經驗嗎？” “沒有。”許秋搖搖頭。 “你知道怎么樣改進聚合物分子的主鏈，才能使之性能提高嗎？” “不太清楚。” “你知道支鏈對分子性能的影響有哪些嗎？” “結晶性能？” “答的不全面，其實包括溶解性、結晶性能、能級結構，甚至光吸收性能等等，都會有影響。”陳婉清道： “但是，就算我知道會有哪些影響，也只是從其他人的文獻上知道的，這種經驗終究不是自己的。 讓我設計一種新的分子結構，就像是探索一個新領域，這是需要勇氣的，也是需要能力的。 我可不想花費大量的時間，結果啥都做不出來，所以我才選擇了比較穩妥的，好出文章的實驗思路。 畢竟一入合成深似海呀，實驗周期長，動輒好幾個月，而且不做到最后根本不知道結果如何，我怕我文章發不夠，畢業難啊。 倒是學弟時間充裕，可以選擇挑戰一下。 怎么樣，有沒有什么想法。” “有。”許秋道。 “還真有啊，說來聽聽。”我有科研輔助系統 第七十三章 實驗想法(上)
兩人到門衛那里借來一輛手推車，在車上放了四個空的水桶，然后推著車來到老化學樓。 這里有一個專門的水龍頭，流出來的直接就是去離子水。 路上，許秋好奇問道： “我用了這么久的去離子水，還不知道它和蒸餾水有什么區別呢。” “主要是制備方法上的不同，”陳婉清道： “去離子水的話，首先需要通過石英砂過濾顆粒較粗的雜質，然后將其高壓通過反滲透膜，最后還要經過紫外殺菌以去除水中的微生物。 假如此時電阻率還沒有達到純水的要求，可以再進行一次離子交換過程，其電阻率可達到18兆歐姆厘米以上。 相對而言，蒸餾水只是先氣化再冷凝，其電阻率一般沒有去離子水高，因此半導體工業中用的大多數是高純度的去離子水。” …… 兩人將去離子水運送回實驗室。 由于吳菲菲還在使用蒸鍍設備，所以現在不能往儲水艙中加水。 許秋將去離子水和修好的循環水系統復制到了模擬實驗室中，再次檢查了一遍，沒有發現異常。 “學姐，我們該做正事了，”許秋道： “來討論合成給體材料的事情吧。” “對哦，明天還要作報告呢。”陳婉清道： “那你先來簡單介紹一下有機光伏材料的發展史吧，我正好也能檢驗一下你的文獻閱讀情況。” 許秋堅持每天閱讀文獻1小時已經超過兩個月了，連暑假都沒有停下。 所以他信心滿滿道： “有機光伏材料，也就是用于電池器件的有效層材料，分為給體和受體兩種。 它們最初是被稱為電子給體和電子受體的，后來，人們為了書寫和交流方便，將‘電子’兩個字省略了。 在受到光照后，給體材料發生光電反應，生成激子，即電子-空穴對，激子在給/受體的界面處拆分為自由電子和空穴。 接著，自由電子從給體轉移到受體上，相當于給體材料給出電子，這也是電子給體這個名稱的由來。 在內建電場的作用下，電子經由受體材料，傳輸到電極負極，空穴則經由給體材料，傳輸到電極正極，電池正負極之間形成電勢差。 當電池外接有負載時，便形成了光電流。” “原理部分基本正確，繼續吧。”陳婉清贊許道。 “受體材料的研究進展較為緩慢。”許秋道： “最早用的是富勒烯C-60，到現在，被廣為使用的受體材料仍然是富勒烯的衍生物PCBM。 唯一的改進就是，原先的C-60不能溶于有機溶劑，所以需要蒸鍍到器件上，而PCBM可以與給體材料共混，一同旋涂。 當然，研究者們也開發了其他受體材料，比如苝二酰亞胺的衍生物等等，但效率一直做不高，難以突破10%。 而近年來，給體材料取得了很大的突破，研究空間很大。 學姐是不是因為這個原因，才選擇做給體材料的呢？” “沒錯，研究空間大，就意味著好發文章，”陳婉清倒是大方承認。 “你繼續說吧，別打岔了。” “聚合物給體材料，整體上可以分為三代。”許秋道： “最開始是聚對苯乙烯，PPV的衍生物，后來是經典的聚3-己基噻吩，P3HT，現在則是以PTB7-TH為代表的D-A共聚物。 聚合物是由一個或多個結構單元重復連接的大分子，相對分子質量通常在1萬以上。 PPV、P3HT都是均聚物，顧名思義，就是只有一個結構單元的聚合物。 而第三代興起的D-A共聚物，就是由兩個結構單元D單元和A單元聚合而成。 因為D、A單元種類繁多，這使得第三代給體材的料數量也急劇膨脹起來。” “是啊，”陳婉清接過話茬： “其中大部分給體材料的光電性能都不怎么樣，所以就只能發在二三四區期刊灌灌水。 像是PTB7-TH等性能優異的材料，還能發在自然的大子刊，比如自然·光學上。 但目前最高12%左右的效率還是不夠看，想要登頂自然主刊基本上不可能。 我覺得主要原因在于這些都是基于PCBM受體的體系。 而這個體系有個很大的問題，就是PCBM它幾乎不吸收可見光，因此太陽光的透射損失非常大。 我覺得有機光伏領域未來的出路，就在于合成一種新的高性能受體，取代并推翻PCBM常年的壟斷地位。 當然，這些都是之后的事情了，我們還是先考慮眼前吧。 我來講講我的思路。” “之前我只是和魏老師學習過合成方法，用的是比較便宜的原料，實驗操作倒是都學會了。 但是合成新材料的話，實驗條件肯定會變化，還是要重新摸索。 所以我打算先找已經報道過的兩種高性能的D-A聚合物。 將它們在分子級別上共混，做個三元的聚合物，比如我用三種結構單元D、A1、A2進行聚合。” “學姐，你等下，你這個想法我聽著怎么這么耳熟呢？”許秋想了想，說道： “這不就是學姐的上一篇文章的思路嗎，只是這次改成了用三種單元合成一種給體材料了。” 陳婉清笑了笑，沒有正面答復，而是拋出一個問題： “學弟，你有合成經驗嗎？” “沒有。”許秋搖搖頭。 “你知道怎么樣改進聚合物分子的主鏈，才能使之性能提高嗎？” “不太清楚。” “你知道支鏈對分子性能的影響有哪些嗎？” “結晶性能？” “答的不全面，其實包括溶解性、結晶性能、能級結構，甚至光吸收性能等等，都會有影響。”陳婉清道： “但是，就算我知道會有哪些影響，也只是從其他人的文獻上知道的，這種經驗終究不是自己的。 讓我設計一種新的分子結構，就像是探索一個新領域，這是需要勇氣的，也是需要能力的。 我可不想花費大量的時間，結果啥都做不出來，所以我才選擇了比較穩妥的，好出文章的實驗思路。 畢竟一入合成深似海呀，實驗周期長，動輒好幾個月，而且不做到最后根本不知道結果如何，我怕我文章發不夠，畢業難啊。 倒是學弟時間充裕，可以選擇挑戰一下。 怎么樣，有沒有什么想法。” “有。”許秋道。 “還真有啊，說來聽聽。”我有科研輔助系統 第七十三章 實驗想法(上)
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