第三十八章 時(shí)溫等效原理

　　周六。

　　許秋宅在寢室，用電腦查看學(xué)姐拷貝給他的文獻(xiàn)資料，關(guān)于柔性襯底有機(jī)太陽能電池的。

　　文獻(xiàn)數(shù)量不多，只有不到十篇，期刊檔次普遍不高，都是SCI二區(qū)的，沒有一區(qū)的文章。

　　至于為什么沒有三四區(qū)的文章，許秋從學(xué)姐那了解到，是因?yàn)槲豪蠋熤粫?huì)檢索一二區(qū)的期刊，并將它們整理好發(fā)給學(xué)生。

　　許秋花費(fèi)兩個(gè)多小時(shí)，粗略的讀完所有文獻(xiàn)后，得到了想要的信息：

　　柔性基底通常采用聚酯材料，PET或PEN。

　　PET和PEN的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分別為70和120攝氏度左右。

　　因此，以它們?yōu)榛字苽潆姵仄骷r(shí)，傳輸層和有效層材料的加工溫度不能過高。

　　文獻(xiàn)中的解決辦法是用低溫法制備金屬氧化物作為傳輸層材料，比如二氧化鈦、氧化錫等。

　　許秋思考過后，覺得貿(mào)然使用之前沒有用過的傳輸層材料，風(fēng)險(xiǎn)過大。

　　因?yàn)樾枰ㄙM(fèi)大量時(shí)間去摸索條件，最終結(jié)果可能還不盡人意，倒不如對(duì)自己熟悉的材料加以改造。

　　最終他決定使用PEN為基底，先嘗試使用PEDOT:PSS作為傳輸層材料，降低它的退火溫度至100攝氏度，并延長退火時(shí)間。

　　確定了基底之后，許秋給陳婉清發(fā)微信：

　　“之前魏老師交給我的項(xiàng)目，要用到柔性基底，因此我需要訂做一批鍍有ITO薄膜的PEN基底，學(xué)姐那邊有沒有門路?！?p>　　沒過幾分鐘，他便收到了學(xué)姐的回復(fù)。

　　“好。”一個(gè)蜜桃貓的表情。

　　“等我消息?！?p>　　…………

　　許秋放下手機(jī)，閉眼做了一套眼保健操，然后休息片刻，進(jìn)入模擬實(shí)驗(yàn)室。

　　昨天還留下一個(gè)溶液溶解的問題沒有解決。

　　不過，目前只有在配制有效層溶液時(shí)，才存在過夜攪拌的需求，即攪拌時(shí)長大于12小時(shí)。

　　像是配制氧化鋅預(yù)聚體溶液，只需攪拌兩小時(shí)，問題便不大。

　　許秋進(jìn)入手套箱，拿起昨日配好的有效層溶液，輕輕晃動(dòng)瓶子，可以明顯的看到瓶壁上掛有未溶解的聚合物材料。

　　他盯著小棕瓶，陷入了沉思。

　　為什么溶液要攪拌過夜？

　　因?yàn)榫酆衔锓肿恿枯^大，溶解比較困難，需要長時(shí)間的攪拌使其充分溶解。

　　那有沒有什么途徑可以使聚合物快速溶解呢？

　　可以降低其濃度。

　　但降低濃度的話，旋涂出來的薄膜厚度就會(huì)變薄，所以并不是一個(gè)好方法。

　　有沒有其他辦法呢？

　　許秋突然想到，上學(xué)期學(xué)過的《高分子凝聚態(tài)物理》中講到過高聚物的時(shí)溫等效原理。

　　具體的描述他已經(jīng)記不清了，但大致意思應(yīng)該是提高溫度可以縮短時(shí)間。

　　為了驗(yàn)證這個(gè)想法，許秋退出模擬實(shí)驗(yàn)室。

　　他在書架上找到《高分子凝聚態(tài)物理》課本，翻看目錄，很快便找到了“時(shí)溫等效原理”的介紹：

　　高聚物的同一力學(xué)松弛現(xiàn)象可以在較高的溫度、較短的時(shí)間（或較高的作用頻率）觀察到，也可以在較低的溫度下、較長時(shí)間內(nèi)觀察到。因此，升高溫度與延長觀察時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)是等效的，對(duì)高聚物的粘彈行為也是等效的。

　　這個(gè)講的是高聚物的力學(xué)松弛現(xiàn)象，并不是說溶解過程，不過許秋覺得或許可以將其延伸一下。

　　因?yàn)槿芙膺^程也算是高分子的分子運(yùn)動(dòng)過程，那么升高溫度與延長攪拌時(shí)間也應(yīng)該也是等效的。

　　而且在氮?dú)夥諊鷥?nèi)，構(gòu)成有效層的兩種材料對(duì)熱都很穩(wěn)定，耐100攝氏度的溫度沒有什么問題，不然也不會(huì)有熱退火步驟了。

　　不過這樣的話，使用氯仿溶劑就不合適了，因?yàn)樗悬c(diǎn)低，無法加熱到很高的溫度。

　　許秋返回模擬實(shí)驗(yàn)室。

　　先將昨日配制的氧化鋅預(yù)聚體溶液放在培養(yǎng)皿蓋子上，然后將加熱攪拌臺(tái)的溫度設(shè)為90攝氏度，最后將有效層溶液放在加熱臺(tái)上。

　　驗(yàn)證想法的話，需要等待一段時(shí)間，許秋決定再配制一些其他濃度的PTB7-TH:PC[70]BM有效層溶液。

　　溶劑都選擇氯苯，濃度則分別為10、20、25毫克每毫升，給體受體的質(zhì)量比仍固定在1:1.5，各1毫升。

　　他想看看聚合物的極限溶解度是多少。

　　配好溶液后，許秋將四種溶液按照各自的濃度，分別記做10#、15#、20#、25#溶液。

　　將10#、15#、25#溶液放在加熱攪拌臺(tái)上后，他拿起最早配制的15#溶液，再次輕輕晃動(dòng)瓶子，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒有固體殘余掛在瓶壁上了。

　　他看了眼時(shí)間，只過去了半個(gè)多小時(shí)。

　　果然，“時(shí)溫等效原理”也可以用在聚合物的溶解上。

　　而且，溫度對(duì)于時(shí)間的影響是指數(shù)級(jí)別的，雖然現(xiàn)在的90度加熱，相較于平常的60度只提升了30度，但溶解速度卻可能相差了10倍。

　　許秋將15#溶液放在瓶架上，使其緩慢降至常溫。

　　然后開始旋涂氧化鋅基片，一共12片。

　　在等待基片退火的過程中，他又返回手套箱查看各溶液的溶解情況。

　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瓶架上的15#溶液在冷卻后，內(nèi)部液體竟變?yōu)榱四z狀。

　　許秋稍用力的晃動(dòng)瓶子底部，下方的凝膠卻一動(dòng)不動(dòng)，最終他只好再次將15#放在加熱攪拌臺(tái)上加熱。

　　他接著查看另外三種濃度的溶液，10#、20#均完全溶解，25#則未完全溶解，瓶壁上仍有固體顆粒存在。

　　許秋將10#、20#溶液放置在瓶架上冷卻。

　　然后用移液槍在25#溶液中加入667微升的氯苯溶劑，將其濃度稀釋為15毫克每毫升，并重新貼好25#15#的標(biāo)簽，再把它放到加熱臺(tái)上。

　　隨后，許秋將每個(gè)溶液編號(hào)代表的意義記錄到實(shí)驗(yàn)記錄本上。

　　再次進(jìn)入手套箱，他發(fā)現(xiàn)15#溶液已經(jīng)部分解除凝膠狀態(tài)，開始重新變?yōu)槿芤骸?p>　　10#溶液在常溫下可以保持溶解狀態(tài)，而20#溶液同樣出現(xiàn)了凝膠的現(xiàn)象。

　　也就是說，在常溫下，質(zhì)量比為1:1.5的PTB7-TH:PC[70]BM在氯苯溶劑中，極限溶解度為10-15毫克每毫升，在90攝氏度下，極限溶解度在20-25毫克每毫升。

　　溫度升高，不僅能夠提高溶解速度，也能同時(shí)提高溶解度。

　　溶液溶解的問題算是解決了。

　　只是，新的問題又出現(xiàn)了。

　　這些溶液該怎么旋涂呢？

　　是把它們都稀釋到10毫克每毫升濃度，等待其冷卻后再涂？

　　還是不稀釋，直接趁熱涂呢？

　　不過，考慮到這周的實(shí)驗(yàn)時(shí)長已經(jīng)刷滿。

　　還是先不糾結(jié)這個(gè)問題，等到下周再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，節(jié)省一些積分吧。