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兼容量产涂布过程的熔融共混结晶方法制备具有平衡相分离结构的高效有机太阳能电池

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Science Bulletin 2023年第11期68卷 1153-1161,M0004页

作者：王安然康一飞侯春青李容宋益龙董庆锋 State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials College of ChemistryJilin UniversityChangchun 130012China

有机光伏器件中供体受体分子较差的混溶性和结晶不平衡已严重阻碍了其性能的进一步发展,这在兼容量产涂布的过程中尤为明显.本文提出了一种熔融共混结晶策略,在刮涂工艺中实现了分子尺度上有机太阳能电池异质结薄膜共混度与定向结晶度... 详细信息

有机光伏器件中供体受体分子较差的混溶性和结晶不平衡已严重阻碍了其性能的进一步发展,这在兼容量产涂布的过程中尤为明显.本文提出了一种熔融共混结晶策略,在刮涂工艺中实现了分子尺度上有机太阳能电池异质结薄膜共混度与定向结晶度的提升,显著增加了给受体的接触面积并为激子解离与扩散提供高效通道.同时,供体受体间的平衡结晶同步实现了空穴与电子的有效传输和收集.该策略在多种体系中均实现了与传统方法制备器件相近的转换效率,如PM6/IT-4F器件的效率为13.86%(0.04 cm^(2))和11.48%(1 cm^(2));而PM6:BTP-BO-4F和PM6:Y6器件分别实现17.17%和16.14%的效率,显示其极具潜力的应用前景.

关键词：有机太阳能电池转换效率相分离结构结晶方法有机光伏器件分子尺度混溶性平衡结晶

理性调控聚合物给体-非富勒烯受体的混溶性制备高效率有机太阳能电池

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化学学报 2022年第6期80卷 724-733页

作者：林文源朱清哲马云龙王鹏万硕郑庆东福州大学化学学院福州350108 中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室福州350002 南京大学现代工程与应用科学学院南京210093 中国科学院大学北京100049 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210

除了非富勒烯受体的设计与合成,聚合物给体的选择对非富勒烯太阳能电池的光伏性能同样重要.本工作设计并合成一种共轭骨架无sp^(3)杂化碳原子的新型非富勒受体(命名为MDB),并将其作为模型化合物研究给受体混溶性和分子有序堆积对太阳能... 详细信息

除了非富勒烯受体的设计与合成,聚合物给体的选择对非富勒烯太阳能电池的光伏性能同样重要.本工作设计并合成一种共轭骨架无sp^(3)杂化碳原子的新型非富勒受体(命名为MDB),并将其作为模型化合物研究给受体混溶性和分子有序堆积对太阳能电池性能的影响.本工作选择三种宽带隙聚合物给体(PM6、J71和P3HT)与MDB共混来制备太阳能电池.得益于MDB和PM6之间适度的混溶性,由二者组成的混合膜表现出合适的相分离,“face-on”的分子取向和更紧密有序的分子堆积,从而促进了载流子传输,并抑制了电荷复合.因此基于PM6:MDB的器件实现了13.26%的优异光电转换效率,远高于基于J71:MDB(8.16%)和P3HT:MDB(0.45%)的器件.该工作证明了给体-受体之间合适的混溶性是实现高效率有机太阳能电池的关键因素之一,这对有机光伏材料的设计与合成具有重要指导意义.

关键词：有机太阳能电池非富勒烯受体聚合物给体混溶性光电转换效率

热塑性纤维素与PVA混溶性的分子动力学模拟

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原子与分子物理学报 2025年第3期 155-164页

作者：冯彦洪陈帅杰孙航华南理工大学机械与汽车工程学院聚合物新型成型装备国家工程研究中心聚合物成型加工工程教育部重点实验室广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室

首次提出了将氧化还原改性纤维素(Oxidation-reduction modified cellulose, ORC)与聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol),PVA)共混进行制备复合材料，并采用分子动力学模拟研究了ORC与PVA的混溶性.对分子链间相互作用能和氢键数量分析发现，... 详细信息

首次提出了将氧化还原改性纤维素(Oxidation-reduction modified cellulose, ORC)与聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol),PVA)共混进行制备复合材料，并采用分子动力学模拟研究了ORC与PVA的混溶性.对分子链间相互作用能和氢键数量分析发现，随着改性程度增加，ORC与PVA会产生更强烈的相互作用，这促进了组分间的混溶.当ORC的改性程度达到40%后，ORC与PVA的溶解度参数差值为2.02 (J/cm3)1/2,达到混溶条件.根据Flory-Huggins理论确定了醇解度为88%和99%的PVA与ORC的混溶性，结果表明PVA(88%)与ORC的混溶性更好.对共混体系中形成氢键原子的径向分布函数分析发现，醋酸乙烯酯重复单元上的羰基更倾向与ORC形成分子链间氢键，而乙烯醇重复单元上的羟基更倾向形成分子链内氢键，这促使PVA(88%)/ORC共混体系中形成更多的分子链间氢键，从而混溶性更好.研究结果可为ORC/PVA复合材料的制备提供理论指导.

关键词：混溶性氧化还原改性纤维素分子动力学聚乙烯醇

基于聚合物无定形固体分散体技术的难溶性药物口服固体制剂开发

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中国药学杂志 2020年第3期55卷 169-176页

作者：李思佳王森怡李凌晖涂迎盈蒋曙光中国药科大学药学院药剂系南京211198

水难溶性是大部分药理活性成分难以开发成口服固体制剂的主要原因。聚合物无定形固体分散体(polymeric amorphous solid dispersion,PASD)能大大提高难溶性药物的表观溶解度及溶出速率,已经成为提高难溶性药物口服生物利用度的常用手段... 详细信息

水难溶性是大部分药理活性成分难以开发成口服固体制剂的主要原因。聚合物无定形固体分散体(polymeric amorphous solid dispersion,PASD)能大大提高难溶性药物的表观溶解度及溶出速率,已经成为提高难溶性药物口服生物利用度的常用手段。然而由于PASD中药物处于高表面自由能的无定形态,在储存过程和溶出过程中易于向晶态药物转变从而丧失相应制剂优势。笔者从PASD的处方角度和制备技术角度,为研制质量稳定且后期开发风险低的PASD制剂提供结构化开发思路,并通过分析PASD的上市产品和专利趋势阐述了PASD技术在提高难溶性药物口服固体制剂生物利用度上的应用前景。

关键词：聚合物无定形固体分散体稳定性混溶性口服固体制剂制剂开发

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端羟基嵌段共聚醚的制备及其力学性能研究

陕西科技大学学报 2023年第5期41卷 87-93,101页

作者：张勃元白阳靖众陕西科技大学陕西省轻化工助剂重点实验室陕西西安710021

作为一种固体推进剂粘合剂,端羟基聚醚(HTPE)因其优异的力学性能以及与含能材料的良好相容性得到广泛报道与应用,然而如何针对HTPE推进剂进行配方设计仍是一个难点.因此,本研究使用开环聚合的方式制备了一种三嵌段共聚醚PEG-PTHF-PEG,... 详细信息

作为一种固体推进剂粘合剂,端羟基聚醚(HTPE)因其优异的力学性能以及与含能材料的良好相容性得到广泛报道与应用,然而如何针对HTPE推进剂进行配方设计仍是一个难点.因此,本研究使用开环聚合的方式制备了一种三嵌段共聚醚PEG-PTHF-PEG,并将其与两种不同的常用含能增塑剂N-丁基-N-(2-硝基-羟甲基乙基)硝胺(BuNENA)、双(2,2-二硝基丙基)缩乙醛/双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛(BDNPA/F)共同制备含能粘合体系.为验证所制备共聚醚能否与含能增塑剂配合使用,使用分子动力学模拟对两种体系的相容性和相互作用进行进一步分析.结果表明PEG-PTHF-PEG可与上述两种含能增塑剂配合使用,且PEG-PTHF-PEG/BuNENA体系的相容性和结合能优于PEG-PTHF-PEG/BDNPA/F体系,其中主要相互作用力为较强的氢键和范德华力.进一步,通过共聚醚和异氰酸酯在增塑剂存在下反应制备了两种粘合剂弹性体,并通过拉伸试验评估了其力学性能,结果表明所制备共聚醚有望在固体推进剂中得到进一步应用.

关键词：共聚物推进剂粘合剂分子模拟混溶性相互作用机制

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双组分玻色-爱因斯坦凝聚体的混溶性

双组分玻色-爱因斯坦凝聚体的混溶性

作者：张天琪山西大学

学位级别：硕士

量子流体的混溶性一直以来都是多体物理中的重要课题。在传统凝聚态体系中,He-He超流体的混溶性曾受到理论和实验方面的广泛关注。近年来,冷原子物理的飞速发展为探索量子混合气体中新颖的多体效应提供了理想的平台。利用丰富的技术手段... 详细信息

量子流体的混溶性一直以来都是多体物理中的重要课题。在传统凝聚态体系中,He-He超流体的混溶性曾受到理论和实验方面的广泛关注。近年来,冷原子物理的飞速发展为探索量子混合气体中新颖的多体效应提供了理想的平台。利用丰富的技术手段,实验上已经实现了多种不同元素或同位素组成的玻色-玻色混合气体、玻色-费米混合气体、费米-费米混合气体。包括混溶性在内的许多重要物性都在这些体系中被深入地研究。本文的第一章回顾了双组分BEC混溶性在理论和实验上的研究进展。根据平均场理论,双组分玻色凝聚体的混溶性决定于同组分相互作用和异组分相互作用的竞争。实验上通过Feshbach共振技术改变原子间散射长度,也探测到的体系从混溶态到不混溶态的转变。最近的研究表明,量子涨落对于体系稳定性产生的影响,导致部分混溶态的出现。本文的第二章研究了等质量双组分BEC的混溶性。从包含Lee-Huang-Yang修正的物态方程出发,给出了双组分BEC在平均场弱失稳区间的基态相图,对部分混溶相的密度范围给出了更全面的描述。根据相平衡条件,确定了等质量混合体系中不混溶态、部分混溶态以及均匀混溶态之间的相边界,并给出了相边界、旋节线和量子临界点在准至领头阶的解析表达式,讨论了密度响应的静态极化率在量子临界点附近的发散行为,这些表达式在原子密度足够稀薄的体系中是适用的。本文的第三章研究了不等质量双组分BEC的混溶性。当两组分存在质量失配时,LHY能量更为复杂,物态方程没有简洁的解析形式,实际理论计算只能数值求解相平衡条件确定体系的基态相图。在本章中,我们采用玻色极化子图像,给出了低浓度展开的物态方程,得到了部分混溶态出现的阈值密度,并提出了判断部分混溶构型的解析方法,总结了常见的玻色混合物可能出现的部分混溶构型,为钠、钾、铷等冷原子混合体系的实验观测提供了明确的理论指引。本文的第四章对目前的研究工作进行了小结,并对可以继续进行研究的部分进行了展望和讨论。

关键词：玻色-爱因斯坦凝聚体玻色混合物混溶性量子涨落

基于“非合金模型”的三元有机太阳能电池的研究

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基于“非合金模型”的三元有机太阳能电池的研究

作者：倪永峰中国科学技术大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池作为新型的清洁可再生能源技术之一,吸引了研究人员的广泛关注。有机太阳能电池质量轻,制备工艺简单,可以制成彩色、柔性、半透明的器件。经过研究人员的不断探索,单结器件的能量转换效率已经超过18%,具有非常大的发展潜... 详细信息

有机太阳能电池作为新型的清洁可再生能源技术之一,吸引了研究人员的广泛关注。有机太阳能电池质量轻,制备工艺简单,可以制成彩色、柔性、半透明的器件。经过研究人员的不断探索,单结器件的能量转换效率已经超过18%,具有非常大的发展潜力和应用前景。为了进一步提升有机太阳能电池的性能,简单又有效的三元策略被开发了出来,掺入的第三组分不仅可以拓宽活性层的光谱吸收范围,还可以调节活性层形貌、促进激子解离、改善电荷迁移率、抑制电荷复合。虽然三元有机太阳能电池近年来被广泛关注,但是新型材料的合成以及第三组分与主体材料间的共混行为还有待进一步研究。本论文基于目前高效的PM6:Y6体系,合成了新型的小分子材料对其进行掺杂,获得了器件性能的进一步提升,并通过探究第三组分与主体材料之间的混溶性提出了“非合金模型”的概念。具体研究内容包括:（1）设计并合成了与Y6混溶性较好的小分子材料BTP-ClOH,将其作为第三组分应用到PM6:Y6体系中,提升了器件效率。BTP-ClOH与PM6和Y6的吸收光谱互补,体系的光子利用率得以提升,因此短路电流密度从26.3 mA cm-2提升到了 26.9mA cm-2。同时,BTP-ClOH的LUMO能级比Y6更高,可与给受体材料形成“阶梯型”的能级结构,起到了提升开路电压的作用。在最优的掺杂比例下,基于PM6:Y6:BTP-ClOH的三元器件的能量转换效率可以达到16.2%,但其对第三组分掺杂含量的容忍度较低,掺杂比例较高时器件性能会显著降低。（2）为了解决上述体系中掺杂容忍度较低的问题,设计并合成了与Y6混溶性适中的小分子材料BTP-MCA,将其作为第三组分应用到PM6:Y6体系中,提升了器件的效率和稳定性,并提出了基于三元体系的新模型一一“非合金模型”。BTP-MCA和Y6具有部分相似的结构但基本性质有所差异,因此在三元薄膜中,BTP-MCA没有与Y6形成均匀的混合相而是处于PM6和Y6的界面处。BTP-MCA不仅可以通过福斯特能量转移来提升器件开路电压,还可以填补部分缺陷并促进电荷传输来提升短路电流和填充因子。基于PM6:Y6:BTP-MCA的三元器件经过优化后,能量转换效率可以达到17.0%,其对第三组分的掺杂含量具有高的容忍度,同时最优三元器件的稳定性也得到了提升。

关键词：有机太阳能电池三元策略混溶性非合金模型

利用液态聚乙二醇的绿色简便特点增强聚乳酸生物塑料的结晶性

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聚合物与助剂 2023年第1期 35-45页

作者：宋晋芳(译) 不详

聚乳酸(PLA)生物塑料因其生物来源、对人体和环境的毒性较低,已经引起了农业和工业研究人员越来越多的关注。聚乳酸的一个主要缺点是在加工过程中结晶缓慢,这大大限制了其商业应用。在这项研究中,开发了一种简单低成本的方法,通过添加... 详细信息

聚乳酸(PLA)生物塑料因其生物来源、对人体和环境的毒性较低,已经引起了农业和工业研究人员越来越多的关注。聚乳酸的一个主要缺点是在加工过程中结晶缓慢,这大大限制了其商业应用。在这项研究中,开发了一种简单低成本的方法,通过添加环保的低分子量聚乙二醇(PEG;400g/mol)作为绿色溶剂,以提高聚乳酸的结晶过程。差示扫描量热仪和偏振光显微镜数据显示,在聚乳酸中引入PEG大大增加了聚乳酸的结晶率,其中质量比为70/30的PLA/PEC复合材料等温结晶率是纯PLA的7倍以上。此外,还确定了各种PLA/PEC复合材料的混溶性、热适当性和微观结构。加入PEG后,PLA的平衡熔化温度大幅降低,这说明这些聚合物在热力学上是可混溶的,这强烈影响了PLA的结晶率。此外,PEG的加入增加了PLA晶体的规则性,并诱导形成了具有周期性扭曲片层的环带状PLA晶核。

关键词：生物塑料结晶过程差示扫描量热仪聚乙二醇偏振光显微镜等温结晶混溶性熔化温度

HNBR与DBP共混物玻璃化温度及机械性能分子模拟

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沈阳工业大学学报 2020年第5期42卷 526-531页

作者：王世杰孙小涵杨斌唐美玲孙静婷沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

为了分析邻苯二甲酸二丁酯对氢化丁腈橡胶性能的影响,利用COMPASS力场模拟了氢化丁腈橡胶和邻苯二甲酸二丁酯共混体系,预测HNBR与DBP共混物的混溶性、玻璃化转变温度和机械性能.通过分析HNBR/DBP共混体系中密度随温度变化的模拟结果发现... 详细信息

为了分析邻苯二甲酸二丁酯对氢化丁腈橡胶性能的影响,利用COMPASS力场模拟了氢化丁腈橡胶和邻苯二甲酸二丁酯共混体系,预测HNBR与DBP共混物的混溶性、玻璃化转变温度和机械性能.通过分析HNBR/DBP共混体系中密度随温度变化的模拟结果发现,HNBR/DBP共混体系的密度与玻璃化转变温度均随着DBP体积分数的增加而呈现规则变化.不同含量DBP对HNBR性能影响的预测结果表明,适量加入DBP可有效改善HNBR的机械性能,并有效提高共混物的延展性与灵活性.

关键词：分子模拟玻璃化转变温度机械性能混溶性径向分布函数橡胶配方工程模量氢化丁腈橡胶