[發(fā)明專利]使納米填料分散在水中的嵌段共聚物

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201380023884.6
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN104428367A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C.納瓦羅;K.貝薩尼;C.布羅喬恩;H.克拉邁爾;G.弗勒里;G.哈齊奧諾;E.克勞特
• 申請（專利權(quán)）人: 阿克馬法國公司;國家科學(xué)研究中心;波爾多第一大學(xué);波爾多理工學(xué)院
• 主分類號: C08L65/00
• 分類號: C08L65/00;C08K3/04;C08K7/06;C08K7/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 宋莉;金擬粲

本發(fā)明涉及使得實(shí)現(xiàn)納米填料在水中的良好分散體的新型嵌段共聚物。本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明的嵌段共聚物獲得的納米填料分散體并且還涉及所述分散體作為有機(jī)太陽能電池或其它光電發(fā)射體(photoemitter)或感光體器件中的透明電極的用途。

在光伏和光電發(fā)射體或感光體系統(tǒng)中，必須使用透明導(dǎo)電層。通常使用的材料為導(dǎo)電氧化物，例如錫摻雜的氧化銦。該材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：為透明的，良好的電導(dǎo)體和容易形成，且是化學(xué)穩(wěn)定的。另一方面，其難以制造并且因此是昂貴的。此外，其制造方法產(chǎn)生污染性產(chǎn)物。

因此尋求具有錫摻雜的氧化銦的優(yōu)點(diǎn)而沒有其缺點(diǎn)的新材料。用于繞過制造錫摻雜的氧化銦的問題的替代方案在于將其與其它氧化物例如氧化鋅或氧化錫組合。其它解決方案使用無銦材料，例如摻雜有鋁或鎵的氧化鋅、或者氟摻雜的氧化鋅，但是這些不是良好的解決方案，因?yàn)樗鼈兙哂衅渌秉c(diǎn)，例如它們在潮濕環(huán)境中的電穩(wěn)定性。在Tadatsugu，M.的文章Thin?Solid?Films，(516)1314，(2008)中描述了這些缺點(diǎn)。

此外，已經(jīng)測試了導(dǎo)電聚合物作為透明電極的材料。作為有希望的，可提及PEDOT:PSS(聚(3,4-亞乙基二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鈉)配方，因?yàn)樗鼈儗⒘己玫碾妼?dǎo)率(29.6S/cm)和良好的成膜性能組合。另一方面，它們的電穩(wěn)定性對高溫、對水分和對紫外輻射是敏感的，如Xue，F(xiàn)等，Electron?Devices，IEEE?Transactions，(9)1982(2005)所描述的。

由于對提供透明電極的大的需求，因此正在研究其它材料以替代特別是錫摻雜的氧化銦，尤其是在太陽能電池應(yīng)用中。作為潛在的有希望的候選物，可提及基于銀納米線的導(dǎo)電膜、薄金屬膜、納米管膜或石墨烯膜。更特別地關(guān)于碳納米管，它們在太陽能電池中具有兩種類型的應(yīng)用：首先，作為活性層，在所述活性層中，它們可充當(dāng)半導(dǎo)體；其次，作為電極。

碳納米管是在最有希望的材料之中的材料。它們被認(rèn)為是石墨片折疊成碳圓筒或者管的結(jié)果。取決于壁的數(shù)量，它們以多種形式存在：單壁、雙壁、或多壁。取決于管的折疊角度和直徑，獲得半導(dǎo)體性或金屬性的電子狀態(tài)。因其非凡的電、機(jī)械和光學(xué)性質(zhì)，碳納米管現(xiàn)在是眾所周知的。碳納米管的高的電導(dǎo)率取決于若干種參數(shù)，包括它們的分散程度。

已知若干種用于獲得碳納米管的良好分散體的方法，例如使用表面活性劑，或者使用與分散聚合物或者其它分散劑例如DNA、蛋白質(zhì)或者淀粉組合的官能化的碳納米管。一旦已經(jīng)形成膜，則必須隨后通過特定處理將這些分散劑除去，因?yàn)樗鼈兪请娊^緣的。將碳納米管用聚合物包覆是用于保證其良好分散的常規(guī)方法。聚合物經(jīng)由π-π相互作用結(jié)合至碳納米管的表面，從而保持碳納米管的固有性質(zhì)。它們典型地為共軛聚合物或者包含芘實(shí)體的聚合物(Zhu，J.等，Journal?of?the?American?Chemical?Society(133)7450，(2011))?？墒褂镁畚锖颓抖喂簿畚飪烧?。

迄今，不存在用于將碳納米管合適地分散在含水介質(zhì)中且應(yīng)用該分散體以制造不需要后續(xù)處理的其良好品質(zhì)的膜的解決方案。

本申請人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，其嵌段的至少一個(gè)為共軛的導(dǎo)電聚合物且其嵌段的至少一個(gè)為聚電解質(zhì)的嵌段共聚物使得實(shí)現(xiàn)納米填料在水中的良好分散體，該分散體具有良好的成膜品質(zhì)。所獲得的膜呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用性質(zhì)，不需要后處理。它們既是導(dǎo)電的(電子導(dǎo)電的)，也是離子導(dǎo)電的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及包括至少一種嵌段共聚物的組合物，所述嵌段共聚物能溶于水或者呈現(xiàn)在水中的穩(wěn)定分散體并且具有至少一個(gè)由共軛聚合物構(gòu)成的嵌段和至少一個(gè)由聚電解質(zhì)聚合物構(gòu)成的嵌段。

具體實(shí)施方式

術(shù)語“穩(wěn)定分散體”用于表示不呈現(xiàn)沉降并且保持均勻至少1星期的分散體。

術(shù)語“嵌段共聚物”用于表示二嵌段、三嵌段或多嵌段共聚物或其共混物，包括嵌段各自的均聚物。優(yōu)選地，其為二嵌段或三嵌段共聚物，且更優(yōu)選地其為二嵌段共聚物。

關(guān)于由共軛聚合物構(gòu)成的嵌段，這可包括(涉及)呈現(xiàn)出π型共軛的任何類型的聚合物。可提及由芴、亞苯基、喹啉、咔唑、苯胺、噻吩、或其衍生物得到的聚合物。優(yōu)選地，這包括噻吩衍生物，更特別地3-烷基噻吩，和甚至更特別地3-己基噻吩。所述由共軛聚合物構(gòu)成的嵌段具有1000-50?000g/mol和優(yōu)選2000-10?000g/mol的重均分子量，以及大于1的分散指數(shù)(PI或)。