有序聚合物薄膜体系中的飞秒超快动力学

有机聚合物太阳能光电转换是新能源研究的重要方向之一。聚合物薄膜及其复合体系的超快动力学研究是理解这一器件原理并推进器件研究的关键步骤。目前国际上进行的超快光谱学研究揭示了薄膜的构型是提高器件性能的关键，并通过选择溶剂、控制退火等方式优化薄膜的构型。这种控制和研究着重于材料的整体光物理性质，并未从微观的领域解释激子的传输等物理过程，而理论研究及数值分析则更多的集中于分子链层面。但器件中的各种传输过程恰恰依赖于纳米尺度分子间的排列方式及长程的排列关系。本研究提出利用电场等方式使得聚合物薄膜体系产生空间的有序性，并利用超快动力学观察和分析，可以揭示在纳米尺度上材料内部传输过程的微观图像，特别是传输过程对于分子链排列方式的依赖，一方面可以建立纳米尺度传输的模型并给出参数，另一方面可以指导聚合物太阳能器件的设计并最终提高其效率。

有机聚合物太阳能光电转换是新能源研究的重要方向之一。聚合物薄膜及其复合体系的超快动力学研究是理解这一器件原理并推进器件研究的关键步骤。.我们开展了聚合物电纺丝材料中的动力学研究。首先是MEH-PPV/PVP混合体系电纺纤维。为了实现对激子传输过程的有效观察，我们人为的在材料内部引入可溶性富勒烯构成缺陷，从而控制材料内部的缺陷密度。通过时间分辨光谱技术，我们可以实时观察激子到达缺陷的时间。通过与甩膜样品的比较，我们认为它体现了各向异性材料中偶极-偶极耦合所造成的激子传输增强效应。.随后我们利用平行电极法成功制备了有序排列的ＭＥＨ-ＰＰＶ／ＰＶＰ静电纺丝纳米纤维。用皮秒时间分辨荧光光谱的方法进行研究。激发光和荧光的方向分别沿着纤维轴的轴向和径向。有序电纺纤维在不同方向的激发光下都表现出各向异性。.我们也研究了另外一种有序聚合物体系：取向薄膜体系。我们利用力学摩擦的方法将均匀甩膜的P3HT薄膜取向，通过退火保证其局域的有序性。平行和垂直方向体现出强烈的各向异性。其最高值达到9.3（OD之比）在510nm处，激发675nm荧光的各向异性表现为：平行激发可导致的各向异性为13.3，垂直激发导致的各向异性为3.5。.这种传输内在的机制是本课题希望解决的重要问题。我们采用泵浦探测技术来观察波长为570纳米，获得了一个约25飞秒的超快上升过程。聚合物在这一超短时间尺度所发生的过程，是激发态离域的过程，也是超热激子形成的过程。这表明，最初激发态的离域过程（特别是高能量光子激发条件下）是一个非偏振依赖过程。.随后发生的皮秒级过程是激子形成过程。在皮秒荧光实验中，我们也获得了十几皮秒及百皮秒的荧光衰减过程，他们分别对应激子的等能扩散和激子的寿命。.这个研究所期待达到的目标是研究激发在各向异性材料中的传输，通过超快光谱的研究，我们最终实现了这一目标。但由于时间的原因，文章目前正在审稿后的修改阶段，预计很快可以发表。.该项目期间本人作为第一或责任作者发表论文十一篇，标注基金项目的五篇，关键文章在修改中，文章投稿编号CPLETT-13-1667.项目培养博士生3名，硕士生2名