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247 一聽就是老扇形圖了

更新時間:2020-12-10  作者:肥美的韭菜
我有科研輔助系統 247 一聽就是老扇形圖了
“鈴鈴鈴。”

早上八點,手機鬧鐘準時響起。

許秋快速按掉鬧鐘,在床上賴了一分鐘,這才一個鯉魚打挺,坐起了身。

他看了看另外兩個鋪位,陶焱已經離開寢室了,任斌還在呼呼的睡著懶覺。

隨手抄起手機,解鎖屏幕,一長串各種應用軟件推送的消息中,有一條來自魏老師的微信消息。

“收到,辛苦了。”對方回復的是他之前拍的那一堆儀器圖片。

許秋看了看消息的發送時間,是凌晨一點多,估計那會兒是魏老師剛到酒店吧。

他沒有回復魏老師,而是給韓嘉瑩發了句“早安”,然后去簡單洗漱了一下。

洗漱完畢,學妹還沒有回復消息,許秋判斷她應該是還沒起床,畢竟昨晚兩個人弄到了凌晨。

于是,他便一個人去早鍛、吃早點。

大概九點的時候,許秋收到了韓嘉瑩的消息:

“早安”

“這是啥?”

“豬。”

“你才豬呢。”

“反彈。”

“反反彈。”

“別鬧啦,快起床。”

“就鬧,哼!”

許秋一邊和學妹聊著天,一邊朝材一的方向走去,他主要是打字,學妹主要是發語音,少女的聲音帶著三分慵懶,三分傲嬌,四分柔媚,一聽就是老扇形圖了。

韓嘉瑩沒有賴太久床,畢竟她今天的實驗任務不輕,一方面要測試微波反應器是不是好用,另一方面還要處理許秋昨天投的那兩個反應。

“起床啦,我去洗漱啦。”

“乖,去吧。”

許秋大概九點半到達材一216,他發現實驗室還沒有開門,他是第一個來的。

他搖了搖頭,用一卡通打開門禁,進入里間的實驗室,查看幾個小時前準備好的裝有樣的8個一次性離心管,每個里面都有2個相同體系的樣品。

許秋確認離心管和樣上的水分均已經完全晾干,便用塑封袋將它們全部打包帶走。

來到材一樓下,他剛好遇到了剛剛騎車過來的孫沃,朝對方打了個招呼,接著輕車熟路的向老化樓走去。

今天預約的TEM測試時間是十點整,他提前了大約十分鐘到達TEM測試房間,上一組的學生還沒有離開,他們正在測試最后一個樣品。

等了一會兒,終于輪到了許秋。

負責測試的老師還是上次的那個,話不是很多,對方簡單詢問了一下許秋樣品的類型,想要得到什么信息,便開始上樣品。

液氮冷卻、抽真空、打開相機、開始測試。

兩人交流拍攝部位、拍照、縮小畫面、繼續拍照、繼續縮小畫面……

放大畫面、換一個位置、重復上一步。

更換樣品,重復上面三步。

U盤拷貝數據,拍拍屁股走人。

雖然TEM測試得到的最終數據是一組.bmp格式的位圖圖片,之后還需要自己手動裁剪、圖像處理,但在測試過程中,也是可以直接通過電腦屏幕實時看到圖像的。

離開測試房間時,許秋已經在心中完成了數據的初步分析。

一共四組條件,TEM的圖像各不相同:

1#,純氯仿溶劑條件,給受體共混的非常好,幾乎沒有PDI的聚集區域;

2#,氯仿DIO條件,給受體共混的較好,有少量PDI的聚集區域;

3#,純氯苯溶劑條件,給受體出現一定程度的相分離,有明顯的PDI晶相區域產生;

4#,氯苯DIO條件,給受體出現明顯的相分離,有大量PDI晶相區域產生。

不同的溶劑處理條件,對應著不同的器件性能,根據之前模擬實驗室中得出的結論,2#最佳,1#次之,3#再次,4#最差。

這個器件性能與共混形貌的對應關系,倒是符合有機光伏領域關于共混形貌的通用理論,即有效層的最佳共混形貌為雙連續的三相結構,2#的共混形貌最佳,因此對應的器件性能也是最佳。

所謂的雙連續的三相結構,指的是給體聚集相、受體聚集相、給受體共混相三種相區缺一不可:其中,兩種聚集相需呈現雙連續的構造,貫穿整個有效層大約100納米的尺度,用來產生激子,并將自由的電子/空穴輸運至電極;在兩種聚集相的交界處存續著共混相,也會產生激子,但主要作用是拆分激子,形成自由的電子/空穴,然后分別將它們轉移至受體聚集相/給體聚集相。

而在有機光伏領域,整個光電轉換過程主要有五步:

激子產生,光能轉換為電能的第一步,光電材料吸收光子受到激發,形成被庫侖引力束縛的電子/空穴對;

激子擴散,被束縛的電子/空穴對轉移至給受體共混相;

激子拆分,被束縛的電子/空穴對在給受體界面處被拆分,變為可自由移動的電子/空穴,分別留在受體/給體相中,期間會損失一部分能量;

自由電荷輸運,受內建電場的驅動,自由電子/空穴分別在受體/給體聚集相中向兩個電極方向移動;

自由電荷被電極收集,在無外加載荷情況下,兩個電極分別聚集電子/空穴,即負/正電荷,形成電勢差,如果有外加載荷,則形成光電流。

三相結構承擔了這五個步驟中的前四步,共混薄膜形貌的重要性可見一斑。

這也是為什么使用同樣的光電材料,在不同器件加工條件下,最終得到的電池器件性能不同的原因。

許秋離開老化樓,在外面溜達了幾步,來到旁邊的第四教學樓,隨便找了個沒在上課的教室,走了進去。

教室里有幾個自習的學生,許秋的出現并沒有造成什么波瀾。

許秋掃了兩眼他們的課本。

嚯,《高等數學B》。

應該是大一的學弟學妹們,上完了第一二節課后留在教室里復習吧。

許秋內心隨意推理了一番,隨后在靠近門口的座位上趴下假裝睡覺,進入模擬實驗室II。

基于這次的TEM測試結果,他得到了幾個主要結論:

第一,許秋和韓嘉瑩的兩個最優3DPDI體系,在低沸點氯仿溶劑處理條件下,PDI分子的本征結晶性能夠被極大幅度的抑制。

第二,PDI非富勒烯受體體系,和傳統聚合物給體/富勒烯衍生物受體的體系不同,前者有效層的共混形貌受加工溶劑的影響非常大,許秋推測可能的原因是,前者為小分子材料主導的結晶,后者為聚合物材料主導的結晶。

第三,高沸點的溶劑添加劑DIO,會延長有效層溶液轉換為有效層薄膜的時間,進而提升3DPDI分子的結晶性,增加了PDI晶區的數量和大小。

第四,氯仿和氯苯兩個主溶劑進行比較,氯仿的沸點低于氯苯,因而初始狀態下氯苯溶劑的體系更容易誘導3DPDI分子結晶,形成晶區。

在這些結論之中,第二條為接下來的實驗優化提供了新的思路:

既然有效層的共混形貌,在極大程度上會受到加工溶劑的影響,那便強化這方面的探索力度。

許秋很快便做好實驗規劃,以純氯仿的體系作為基準點(此時PDI的晶區幾乎為0),仿造之前氯仿/DIO體系的優化路線,引入各種各樣的高沸點溶劑作為溶劑添加劑(PDI晶區數量、尺度增加)。

接著,他迅速給模擬實驗人員下達指令,探索氯仿/氯苯體系,氯仿/二氯苯體系,氯仿/氯萘體系……

下午,許秋補充了兩個3DPDI體系的HOMO/LUMO能級測試。

這次他的3DPDI分子雖然開發了三代,但許秋不打算像之前PCE11體系那樣,把三代分子拆分成三篇文章發表。

一方面,要拆分成三篇文章,就必須按照一、二、三代的順序發表,有被其他人提前截胡的可能性。

如果是缺文章畢業的話,這樣搞搞也可以理解,但許秋現在不缺文章,自然沒必要這么做。

完成HOMO/LUMO能級測試后,許秋把現有表征數據放在PPT文件中進行匯總。

不總結不知道,一總結嚇一跳。

他驚訝的發現,他和學妹的兩個最優3DPDI體系的表征數據,現在已經基本湊齊了:

光吸收性能,包括光吸收光譜UVvis、熒光光譜PL、瞬態熒光光譜TRPL,全部測試完畢;

HOMO/LUMO能級測試,剛剛測完;

分子結構相關,包括核磁共振NMR氫譜、碳譜,元素分析,已送樣,等待幾天就可以拿到原始數據;

DFT模擬,測試完畢。

光電性能,亮態/暗態JV特性曲線、外量子效率曲線EQE,測試完畢,當然如果日后效率創新高,還需要重新繪制新的;

形態學表征,透射電子顯微鏡TEM,測試完畢。

現在缺少的表征測試,只剩下不多的幾種,電荷輸運機制方面的CELIV,分子堆砌結構表征GIWAXS,以及原子力顯微鏡AFM,或許再加上一個SCLC。

下周花一兩天的時間把CELIV、AFM、SCLC搞定,兩周后去光源再測個GIWAXS,數據就補齊了。

這樣看來,文章都可以寫起來了啊。

請:m.laidudu

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