本发明专利技术公开了属于有机－无机复合材料及其制备技术领域的一种中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜及其制备方法。其技术方案为：将光电功能中性共轭聚合物与有机溶剂中剥离的水滑石纳米片经层层组装方法，形成结构有序的中性共轭聚合物/水滑石复合薄膜材料。其制备过程简单，薄膜光电性能和厚度可在纳米级别精确可控。基于非静电力，即范德华力和氢键，本发明专利技术突破了以往LDHs主体仅能与阴离子客体组装的界限，创造性实现了中性共轭聚合物与无机水滑石纳米片的层层自组装，实现了共轭聚合物光电功能优化和调控，拓展了无机超分子材料的组装范畴和应用范围，并为水滑石在共轭聚合物分子光电器件制备领域的应用提供基础研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机-无机复合材料及其制备
，特别是提供了。
技术介绍
共轭聚合物通常是指分子内含有线形-31*电子共轭体系的一类共轭聚烯烃、聚芳环和芳杂环等的聚合物。通常是非水溶性的，具有很强的吸光性和荧光发射特性，并且分子链具有分子导线功能，能量和电荷能够沿主链结构中的大JT电子共轭体系进行快速的传导，使得共轭聚合物具有半导体的性质。故此类共轭聚合物也是一种极有应用前景的有机半导体材料和导电聚合物材料。共轭聚合物光电子材料既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性、电化学氧化还原活性。其最重要的特点是其吸收、发射和导电等光电特性容易通过简单的化学修饰(即引入特定的官能团)进行改善和调节，从而可通过对材料的化学修饰来实现对器件的光电、传感等性能的控制。以上这些特点决定了共轭聚合物光电子材料必将在未来的有机光电子器件和电化学器件的开发和发展中发挥重要作用。在最近的十多年时间里，其独特的光电特性，使得共扼聚合物在发光二极管(LED)、太阳能电池、场效应晶体管等聚合物光电子器件以及化学开关、荧光传感、生物化学传感器、光敏电阻、聚合物激光等领域得到了极为广泛的研宄和应用。共轭聚合物的种类较多，主要有:聚苯撑乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)、聚乙烯咔唑(PVK)、聚噻吩(PTh)、聚吡咯(PPy)、聚乙炔(PA)、聚二乙炔、聚对苯(PPP)、聚对苯撑乙炔(PPE)、聚芴(PFO)、聚乙烯基吡啶(P2VP)等及其衍生物。聚(3-己基噻吩)(P3HT)是有机太阳能电池主导的电子给体材料。_苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)是富勒烯的衍生物，作为电子受体，被广泛应用于聚合物器件中。自2002年起，基于聚(3-己基噻吩-2，5-二基)(P3HT)和-苯基C61 丁酸甲酯(PCBM)的体相异质结有机太阳能电池已成为目前世界上热门研宄领域。但其转换效率还比较低。因此，如何提高能量转换效率是目前迫切需要解决的问题。聚芴及其衍生物是一类最具代表性、目前广泛研宄和最有发展潜力的蓝色发光材料。聚对苯撑乙炔及其衍生物是另一类发蓝光的共轭聚合物。含咔唑型聚合物也是著名的有机光导体。层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides),简写为LDHs，又称水滑石，是一类典型的阴离子型层状材料，是带正电的二维氢氧化物层板与层间阴离子通过静电相互作用有序堆积而形成的三维晶体结构。二价和三价金属离子的氢氧化物相互间高度分散并以离子键构成主体层板，层间阴离子有序排布，以静电力平衡主体层板电荷，整体呈现电中性。其层板金属元素种类、比例可调，层间离子可交换等，且可剥离成高度分散的单层纳米片，因此可以设计合成多种功能性复合材料。理论上来说，基于静电力的LDHs与阴离子客体层层自组装比较容易实现，中性分子由于不带电荷无法实现与LDHs的层层自组装。将带有负电荷的聚合物阴离子、配合物阴离子等与水滑石纳米片进行交替组装形成复合超薄膜，已屡见不鲜，然而，将水滑石纳米片与中性分子组装的研宄至今还鲜有报道。有机光电功能中性共轭聚合物由于其独特的JT -31 *电子共轭体系，其分子具有较大的变形性和极化率，基于其与LDHs之间的范德华力(色散力、诱导力和取向力)或氢键，本专利技术创造性实现了非水溶性不可电离有机光电功能中性共轭聚合物和LDHs的层层自组装。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。其制备过程简单，薄膜光电性能和厚度可在纳米级别精确可控。本专利技术的技术方案是:将光电功能中性共轭聚合物与有机溶剂中剥离的水滑石纳米片经层层组装方法，形成结构有序的中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜材料。该复合功能材料充分利用了水滑石的刚性结构和二维空间的限域作用以及主客体相互作用，以及中性共轭聚合物的预撑和携带有机光电功能小分子的作用，使聚合物及有机小分子在水滑石层间均匀分散，实现了共轭聚合物的光电功能优化和调控，为分子自组装体系和导电共轭聚合物的进一步功能化和器件化铺平了道路。本专利技术所述的中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜，所述薄膜为光电功能薄膜，其由有机组分中性共轭聚合物、或添加中性有机小分子的中性共轭聚合物与无机组分水滑石纳米片在三维空间层层交替组装形成，具有明显的层状结构特征，同时根据组装层数的不同和中性共轭聚合物浓度的不同，薄膜厚度可在8-600纳米间均匀调控。本专利技术的中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜的制备步骤如下:1.制备层间阴离子为N03—，层板二价、三价金属阳离子摩尔比为2.0-4.0的水滑石前体；然后加入甲酰胺溶剂里进行剥离，加入量为0.05-2g/L，搅拌速度为3000-5000转/分，反应12-48小时后1000-3000转/分离心，弃去沉淀物，得到澄清透明硝酸根插层水滑石胶体溶液B ;2.配制0.01g/L-lg/L的中性共轭聚合物溶液C，溶剂为氯苯或甲苯；3.配制中性共轭聚合物和中性有机小分子的混合溶液D，其中中性共轭聚合物与有机小分子的质量比为(10:1)-(1:10)，中性共轭聚合物的浓度为0.01g/L-lg/L，溶剂为氯苯或甲苯；4.将亲水化处理后的石英片，硅片或ITO片放入溶液B中浸泡10-20分钟，取出，用去离子水充分清洗后，再放置溶液C或溶液D中，浸泡10-20分钟后取出，用无水乙醇充分清洗，得到一次循环的中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜；5.重复步骤4的在溶液B，和溶液C或溶液D中交替浸泡操作1_100次，得到多层中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜。所述的水滑石前体的层板二价金属阳离子为Mg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+或 Mn 2+，三价金属阳离子为 Al3+、Cr3+、Ga3+、In3+、Co3+、Fe3+或 V 3+。所述的中性共轭聚合物为聚3-己基噻吩、聚对苯撑乙炔、聚(9，9- 二己基芴)、含芴和咔唑结构的共轭聚合物。所述的中性共轭聚合物为聚(3-己基噻吩-2，5-二基)、聚(2，5-二 ^ -乙基己基)-1，4-乙炔撑)、聚(9，9- 二正己基芴基-2，7- 二基)、聚(9，9-n- 二己基-2，7-芴-alt-9-苯基-3，6-咔唑)、聚。所述的有机小分子为富勒烯衍生物。所述的有机小分子为-苯基C61 丁酸甲酯。所述的亲水化处理方法为:将石英片，硅片或ITO片用体积比为(9:1)-(1:1)的浓H2SOjP双氧水混合溶液浸泡30-60分钟，然后用去离子水充分清洗。本专利技术的有益效果是:基于非静电力，即分子间弱的范德华力和氢键，而非常规比较强的静电力，本专利技术率先实现了以聚噻吩、聚芴、聚对苯撑乙炔光电功能分子为代表的系列中性共轭聚合物及有机光电功能小分子与LDH纳米片的层层组装，突破了以往LDHs主体仅能与阴离子、阳离子客体组装的界限，创造性实现了中性共轭聚合物与无机水滑石纳米片的层层自组装，实现了共轭聚合物光电功能优化和调控，拓展了无机超分子材料的组装范畴和应用范围，并为水滑石在共轭聚合物分子光电器件制备领域的应用提供基础研宄。【附图说明】图1是实施例1得到的组装层数为4到20层的聚3-烷基噻吩/水滑石复合发光超薄膜的紫外吸收光谱图，图中为每隔4层进行一次紫外光谱测试。插图为515和554纳米处吸光度随组装层数增长的变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中性共轭聚合物与水滑石复合薄膜，其特征在于，所述薄膜为光电功能薄膜，其由有机组分中性共轭聚合物、或添加中性有机小分子的中性共轭聚合物与无机组分水滑石纳米片在三维空间层层交替组装形成，具有明显的层状结构特征，同时根据组装层数的不同和中性共轭聚合物浓度的不同，薄膜厚度可在8‑600纳米间均匀调控。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陆军，李海龙，许志远，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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