PEDOS类导电聚合物/氧化锌纳米复合材料的制备及在紫外探测器中的应用研究

The project intends to choose the PEDOT modified ZnO nanorods as template, and 3,4-ethylenethiophene(EDOS) and its derivatives as monomers for preparing poly(3,4-ethylselenophene)(PEDOS) type conducting polymer/ZnO nanocomposites by Br2-catalyzed polymerization and chemical oxidative polymerization methods, respectively. The obtained nanocomposite will be used photo-electrode materials for the fabrication of UV detector to study the photo-electrical effect of composites for evaluating the application of these nanocomposite as photo-electrode materials for UV detector. And, with the systematic characterization and testing nanocomposite materials, the project will take deep studies on the effect and contribution of structure andmolar ratio of PEDOS type conducting polymers on the properties andfunctions of composite materials, and the relations between the structures and properties of these composites, as well as the effects of the reaction conditions on the reaction rate, structure of composites, crystallinity, photoelectric activity will be discussed. The theoretical and practical basis for the application of these composite for UV detector will supported after the systematic studies on the photoelectric activity of these composite in UV detector.

本项目以表面修饰有PEDOT的ZnO纳米棒为硬模板,以3,4-乙撑二氧硒吩(EDOS)类化合物为单体，分别采用溴催化聚合法和化学氧化聚合法制备聚(3,4-乙撑二氧硒吩)(PEDOS)类导电聚合物/ZnO纳米复合材料，并将该系列复合材料应用于紫外探测器，研究其光电效应，评价复合材料在紫外探测领域内的应用。探索不同方法中，复合过程的可控性即反应的均匀性和重现性等问题，实现可控均匀复合。通过对复合材料的物理化学性能的研究，探讨复合物中各组分结构、尺度、分散性及其在复合材料中的所占比例对材料整体的性质、功能的贡献和影响。系统研究该类复合材料的光效应，并为该结构类复合材料在紫外探测领域内的应用提供理论和实践基础。

紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术。本项目分别以3,4-乙撑二氧硒吩、含氮给-受体结构三联体和噻吩衍生物等为单体，以ZnO和TiO2为无机相，制备了共轭聚合物/ZnO、TiO2复合材料，并构筑了紫外光测器，系统研究了Au、ZnSe、CdS、CuO、CQDs（煤基碳量子点）等纳米材料对聚（3,4-乙撑二氧硒吩）/ZnO复合材料构筑的紫外探测器性能的影响；探讨了Au、CQDs和含氮给-受体共轭聚合物结构对给-受体共轭聚合物/ZnO、TiO2复合材料构筑的紫外探测器性能的影响；探究了Au、CQDs和噻吩类共轭聚合物结构对噻吩类聚合物/TiO2复合材料构筑的紫外探测器性能的影响；研究结果表明，PEDOS作为P-型材料，具有较高的空穴传输能力，可以与ZnO、TiO2 形成P-N异质结，并与CQDs修饰ZnO形成热电子效应。Au纳米颗粒与PEDOS之间存在等离子体效应，ZnSe、CdS、CuO等纳米材料对探测器性能有较大影响。在自供电条件下，CQDs敏化的 ZnO NRs/PEDOS 异质结紫外光探测器响应度达到22.62 mA/W，上升时间和下降时间分别为 0.09 s 和 0.12 s，与纯的ZnO 基紫外光探测器响应度相比提升了33倍。给-受体共轭聚合物作为低能隙半导体，能够与ZnO、TiO2复合形成异质结，所得紫外光探测器在高的偏置电压下表现出较好的探测性能，而在自供电模式下探测性能不佳。在5 V偏置电压下，CQDs敏化的 ZnO NRs/给-受体共轭聚合物异质结紫外光探测器响应度达到258 A/W。在2V偏置电压下，Au修饰TiO2/给-受体共轭聚合物异质结紫外光探测器响应度达到714.25 mA/W。噻吩类聚合物中，聚三噻吩由于其高的共轭特性，能够与TiO2复形成异质结，表现出自供电特性。在自供电条件下，CQDs敏化的 ZnO NRs/聚三噻吩异质结紫外光探测器的响应度为1.45 mA/W，上升时间和下降时间分别为93.7 ms 和11 ms。研究结果将为基于共轭聚合物/ZnO、TiO2的紫外光探测器的设计、优化和功能化提供理论和实践基础，并拓宽该类共轭聚合物的应用范围。