247 一听就是老扇形图了(求订阅)
“铃铃铃。”
早上八点,手机闹钟准时响起。
许秋快速按掉闹钟,在床上赖了一分钟,这才一个鲤鱼打挺,坐起了身。
他看了看另外两个铺位,陶焱已经离开寝室了,任斌还在呼呼的睡着懒觉。
随手抄起手机,解锁屏幕,一长串各种应用软件推送的消息中,有一条来自魏老师的微信消息。
“收到,辛苦了。”对方回复的是他之前拍的那一堆仪器图片。
许秋看了看消息的发送时间,是凌晨一点多,估计那会儿是魏老师刚到酒店吧。
他没有回复魏老师,而是给韩嘉莹发了句“早安”,然后去简单洗漱了一下。
洗漱完毕,学妹还没有回复消息,许秋判断她应该是还没起床,毕竟昨晚两个人弄到了凌晨。
于是,他便一个人去早锻、吃早点。
大概九点的时候,许秋收到了韩嘉莹的消息:
“早安~”
“^(* ̄(oo) ̄)^”
“这是啥?”
“猪。”
“你才猪呢。”
“反弹。”
“反反弹。”
“别闹啦,快起床。”
“就闹,哼!”
许秋一边和学妹聊着天,一边朝材一的方向走去,他主要是打字,学妹主要是发语音,少女的声音带着三分慵懒,三分傲娇,四分柔媚,一听就是老扇形图了。
韩嘉莹没有赖太久床,毕竟她今天的实验任务不轻,一方面要测试微波反应器是不是好用,另一方面还要处理许秋昨天投的那两个反应。
“起床啦,我去洗漱啦。”
“乖,去吧。”
许秋大概九点半到达材一216,他发现实验室还没有开门,他是第一个来的。
他摇了摇头,用一卡通打开门禁,进入里间的实验室,查看几个小时前准备好的装有样品铜网的8个一次性离心管,每个里面都有2个相同体系的样品。
许秋确认离心管和样品铜网上的水分均已经完全晾干,便用塑封袋将它们全部打包带走。
来到材一楼下,他刚好遇到了刚刚骑车过来的孙沃,朝对方打了个招呼,接着轻车熟路的向老化楼走去。
今天预约的TEM测试时间是十点整,他提前了大约十分钟到达TEM测试房间,上一组的学生还没有离开,他们正在测试最后一个样品。
等了一会儿,终于轮到了许秋。
负责测试的老师还是上次的那个,话不是很多,对方简单询问了一下许秋样品的类型,想要得到什么信息,便开始上样品。
液氮冷却、抽真空、打开相机、开始测试。
两人交流拍摄部位、拍照、缩小画面、继续拍照、继续缩小画面……
放大画面、换一个位置、重复上一步。
更换样品,重复上面三步。
U盘拷贝数据,拍拍屁股走人。
虽然TEM测试得到的最终数据是一组.bmp格式的位图图片,之后还需要自己手动裁剪、图像处理,但在测试过程中,也是可以直接通过电脑屏幕实时看到图像的。
离开测试房间时,许秋已经在心中完成了数据的初步分析。
一共四组条件,TEM的图像各不相同:
1#,纯氯仿溶剂条件,给受体共混的非常好,几乎没有PDI的聚集区域;
2#,氯仿+DIO条件,给受体共混的较好,有少量PDI的聚集区域;
3#,纯氯苯溶剂条件,给受体出现一定程度的相分离,有明显的PDI晶相区域产生;
4#,氯苯+DIO条件,给受体出现明显的相分离,有大量PDI晶相区域产生。
不同的溶剂处理条件,对应着不同的器件性能,根据之前模拟实验室中得出的结论,2#最佳,1#次之,3#再次,4#最差。
这个器件性能与共混形貌的对应关系,倒是符合有机光伏领域关于共混形貌的通用理论,即有效层的最佳共混形貌为双连续的三相结构,2#的共混形貌最佳,因此对应的器件性能也是最佳。
所谓的双连续的三相结构,指的是给体聚集相、受体聚集相、给受体共混相三种相区缺一不可:其中,两种聚集相需呈现双连续的构造,贯穿整个有效层大约100纳米的尺度,用来产生激子,并将自由的电子/空穴输运至电极;在两种聚集相的交界处存续着共混相,也会产生激子,但主要作用是拆分激子,形成自由的电子/空穴,然后分别将它们转移至受体聚集相/给体聚集相。
而在有机光伏领域,整个光电转换过程主要有五步:
激子产生,光能转换为电能的第一步,光电材料吸收光子受到激发,形成被库仑引力束缚的电子/空穴对;
激子扩散,被束缚的电子/空穴对转移至给受体共混相;
激子拆分,被束缚的电子/空穴对在给受体界面处被拆分,变为可自由移动的电子/空穴,分别留在受体/给体相中,期间会损失一部分能量;
自由电荷输运,受内建电场的驱动,自由电子/空穴分别在受体/给体聚集相中向两个电极方向移动;
自由电荷被电极收集,在无外加载荷情况下,两个电极分别聚集电子/空穴,即负/正电荷,形成电势差,如果有外加载荷,则形成光电流。
三相结构承担了这五个步骤中的前四步,共混薄膜形貌的重要性可见一斑。
这也是为什么使用同样的光电材料,在不同器件加工条件下,最终得到的电池器件性能不同的原因。
许秋离开老化楼,在外面溜达了几步,来到旁边的第四教学楼,随便找了个没在上课的教室,走了进去。
教室里有几个自习的学生,许秋的出现并没有造成什么波澜。
许秋扫了两眼他们的课本。
嚯,《高等数学B》。
应该是大一的学弟学妹们,上完了第一二节课后留在教室里复习吧。
许秋内心随意推理了一番,随后在靠近门口的座位上趴下假装睡觉,进入模拟实验室II。
基于这次的TEM测试结果,他得到了几个主要结论:
第一,许秋和韩嘉莹的两个最优3D-PDI体系,在低沸点氯仿溶剂处理条件下,PDI分子的本征结晶性能够被极大幅度的抑制。
第二,PDI非富勒烯受体体系,和传统聚合物给体/富勒烯衍生物受体的体系不同,前者有效层的共混形貌受加工溶剂的影响非常大,许秋推测可能的原因是,前者为小分子材料主导的结晶,后者为聚合物材料主导的结晶。
第三,高沸点的溶剂添加剂DIO,会延长有效层溶液转换为有效层薄膜的时间,进而提升3D-PDI分子的结晶性,增加了PDI晶区的数量和大小。
第四,氯仿和氯苯两个主溶剂进行比较,氯仿的沸点低于氯苯,因而初始状态下氯苯溶剂的体系更容易诱导3D-PDI分子结晶,形成晶区。
在这些结论之中,第二条为接下来的实验优化提供了新的思路:
既然有效层的共混形貌,在极大程度上会受到加工溶剂的影响,那便强化这方面的探索力度。
许秋很快便做好实验规划,以纯氯仿的体系作为基准点(此时PDI的晶区几乎为0),仿造之前氯仿/DIO体系的优化路线,引入各种各样的高沸点溶剂作为溶剂添加剂(PDI晶区数量、尺度增加)。
接着,他迅速给模拟实验人员下达指令,探索氯仿/氯苯体系,氯仿/二氯苯体系,氯仿/氯萘体系……
……
下午,许秋补充了两个3D-PDI体系的HOMO/LUMO能级测试。
这次他的3D-PDI分子虽然开发了三代,但许秋不打算像之前PCE11体系那样,把三代分子拆分成三篇文章发表。
一方面,要拆分成三篇文章,就必须按照一、二、三代的顺序发表,有被其他人提前截胡的可能性。
另一方面,这种拆开发文章,可能最终结果是一篇普通一区加上两篇二区,文章数量是上去了,但质量却比不上一篇NC,况且还有编辑或者其他研究工作者不买账的风险。
如果是缺文章毕业的话,这样搞搞也可以理解,但许秋现在不缺文章,自然没必要这么做。
完成HOMO/LUMO能级测试后,许秋把现有表征数据放在PPT文件中进行汇总。
不总结不知道,一总结吓一跳。
他惊讶的发现,他和学妹的两个最优3D-PDI体系的表征数据,现在已经基本凑齐了:
光吸收性能,包括光吸收光谱UV-vis、荧光光谱PL、瞬态荧光光谱TRPL,全部测试完毕;
HOMO/LUMO能级测试,刚刚测完;
分子结构相关,包括核磁共振NMR氢谱、碳谱,元素分析,已送样,等待几天就可以拿到原始数据;
DFT模拟,测试完毕。
光电性能,亮态/暗态J-V特性曲线、外量子效率曲线EQE,测试完毕,当然如果日后效率创新高,还需要重新绘制新的;
形态学表征,透射电子显微镜TEM,测试完毕。
现在缺少的表征测试,只剩下不多的几种,电荷输运机制方面的CELIV,分子堆砌结构表征GIWAXS,以及原子力显微镜AFM,或许再加上一个SCLC。
下周花一两天的时间把CELIV、AFM、SCLC搞定,两周后去光源再测个GIWAXS,数据就补齐了。
这样看来,文章都可以写起来了啊。
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早上八点,手机闹钟准时响起。
许秋快速按掉闹钟,在床上赖了一分钟,这才一个鲤鱼打挺,坐起了身。
他看了看另外两个铺位,陶焱已经离开寝室了,任斌还在呼呼的睡着懒觉。
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“收到,辛苦了。”对方回复的是他之前拍的那一堆仪器图片。
许秋看了看消息的发送时间,是凌晨一点多,估计那会儿是魏老师刚到酒店吧。
他没有回复魏老师,而是给韩嘉莹发了句“早安”,然后去简单洗漱了一下。
洗漱完毕,学妹还没有回复消息,许秋判断她应该是还没起床,毕竟昨晚两个人弄到了凌晨。
于是,他便一个人去早锻、吃早点。
大概九点的时候,许秋收到了韩嘉莹的消息:
“早安~”
“^(* ̄(oo) ̄)^”
“这是啥?”
“猪。”
“你才猪呢。”
“反弹。”
“反反弹。”
“别闹啦,快起床。”
“就闹,哼!”
许秋一边和学妹聊着天,一边朝材一的方向走去,他主要是打字,学妹主要是发语音,少女的声音带着三分慵懒,三分傲娇,四分柔媚,一听就是老扇形图了。
韩嘉莹没有赖太久床,毕竟她今天的实验任务不轻,一方面要测试微波反应器是不是好用,另一方面还要处理许秋昨天投的那两个反应。
“起床啦,我去洗漱啦。”
“乖,去吧。”
许秋大概九点半到达材一216,他发现实验室还没有开门,他是第一个来的。
他摇了摇头,用一卡通打开门禁,进入里间的实验室,查看几个小时前准备好的装有样品铜网的8个一次性离心管,每个里面都有2个相同体系的样品。
许秋确认离心管和样品铜网上的水分均已经完全晾干,便用塑封袋将它们全部打包带走。
来到材一楼下,他刚好遇到了刚刚骑车过来的孙沃,朝对方打了个招呼,接着轻车熟路的向老化楼走去。
今天预约的TEM测试时间是十点整,他提前了大约十分钟到达TEM测试房间,上一组的学生还没有离开,他们正在测试最后一个样品。
等了一会儿,终于轮到了许秋。
负责测试的老师还是上次的那个,话不是很多,对方简单询问了一下许秋样品的类型,想要得到什么信息,便开始上样品。
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两人交流拍摄部位、拍照、缩小画面、继续拍照、继续缩小画面……
放大画面、换一个位置、重复上一步。
更换样品,重复上面三步。
U盘拷贝数据,拍拍屁股走人。
虽然TEM测试得到的最终数据是一组.bmp格式的位图图片,之后还需要自己手动裁剪、图像处理,但在测试过程中,也是可以直接通过电脑屏幕实时看到图像的。
离开测试房间时,许秋已经在心中完成了数据的初步分析。
一共四组条件,TEM的图像各不相同:
1#,纯氯仿溶剂条件,给受体共混的非常好,几乎没有PDI的聚集区域;
2#,氯仿+DIO条件,给受体共混的较好,有少量PDI的聚集区域;
3#,纯氯苯溶剂条件,给受体出现一定程度的相分离,有明显的PDI晶相区域产生;
4#,氯苯+DIO条件,给受体出现明显的相分离,有大量PDI晶相区域产生。
不同的溶剂处理条件,对应着不同的器件性能,根据之前模拟实验室中得出的结论,2#最佳,1#次之,3#再次,4#最差。
这个器件性能与共混形貌的对应关系,倒是符合有机光伏领域关于共混形貌的通用理论,即有效层的最佳共混形貌为双连续的三相结构,2#的共混形貌最佳,因此对应的器件性能也是最佳。
所谓的双连续的三相结构,指的是给体聚集相、受体聚集相、给受体共混相三种相区缺一不可:其中,两种聚集相需呈现双连续的构造,贯穿整个有效层大约100纳米的尺度,用来产生激子,并将自由的电子/空穴输运至电极;在两种聚集相的交界处存续着共混相,也会产生激子,但主要作用是拆分激子,形成自由的电子/空穴,然后分别将它们转移至受体聚集相/给体聚集相。
而在有机光伏领域,整个光电转换过程主要有五步:
激子产生,光能转换为电能的第一步,光电材料吸收光子受到激发,形成被库仑引力束缚的电子/空穴对;
激子扩散,被束缚的电子/空穴对转移至给受体共混相;
激子拆分,被束缚的电子/空穴对在给受体界面处被拆分,变为可自由移动的电子/空穴,分别留在受体/给体相中,期间会损失一部分能量;
自由电荷输运,受内建电场的驱动,自由电子/空穴分别在受体/给体聚集相中向两个电极方向移动;
自由电荷被电极收集,在无外加载荷情况下,两个电极分别聚集电子/空穴,即负/正电荷,形成电势差,如果有外加载荷,则形成光电流。
三相结构承担了这五个步骤中的前四步,共混薄膜形貌的重要性可见一斑。
这也是为什么使用同样的光电材料,在不同器件加工条件下,最终得到的电池器件性能不同的原因。
许秋离开老化楼,在外面溜达了几步,来到旁边的第四教学楼,随便找了个没在上课的教室,走了进去。
教室里有几个自习的学生,许秋的出现并没有造成什么波澜。
许秋扫了两眼他们的课本。
嚯,《高等数学B》。
应该是大一的学弟学妹们,上完了第一二节课后留在教室里复习吧。
许秋内心随意推理了一番,随后在靠近门口的座位上趴下假装睡觉,进入模拟实验室II。
基于这次的TEM测试结果,他得到了几个主要结论:
第一,许秋和韩嘉莹的两个最优3D-PDI体系,在低沸点氯仿溶剂处理条件下,PDI分子的本征结晶性能够被极大幅度的抑制。
第二,PDI非富勒烯受体体系,和传统聚合物给体/富勒烯衍生物受体的体系不同,前者有效层的共混形貌受加工溶剂的影响非常大,许秋推测可能的原因是,前者为小分子材料主导的结晶,后者为聚合物材料主导的结晶。
第三,高沸点的溶剂添加剂DIO,会延长有效层溶液转换为有效层薄膜的时间,进而提升3D-PDI分子的结晶性,增加了PDI晶区的数量和大小。
第四,氯仿和氯苯两个主溶剂进行比较,氯仿的沸点低于氯苯,因而初始状态下氯苯溶剂的体系更容易诱导3D-PDI分子结晶,形成晶区。
在这些结论之中,第二条为接下来的实验优化提供了新的思路:
既然有效层的共混形貌,在极大程度上会受到加工溶剂的影响,那便强化这方面的探索力度。
许秋很快便做好实验规划,以纯氯仿的体系作为基准点(此时PDI的晶区几乎为0),仿造之前氯仿/DIO体系的优化路线,引入各种各样的高沸点溶剂作为溶剂添加剂(PDI晶区数量、尺度增加)。
接着,他迅速给模拟实验人员下达指令,探索氯仿/氯苯体系,氯仿/二氯苯体系,氯仿/氯萘体系……
……
下午,许秋补充了两个3D-PDI体系的HOMO/LUMO能级测试。
这次他的3D-PDI分子虽然开发了三代,但许秋不打算像之前PCE11体系那样,把三代分子拆分成三篇文章发表。
一方面,要拆分成三篇文章,就必须按照一、二、三代的顺序发表,有被其他人提前截胡的可能性。
另一方面,这种拆开发文章,可能最终结果是一篇普通一区加上两篇二区,文章数量是上去了,但质量却比不上一篇NC,况且还有编辑或者其他研究工作者不买账的风险。
如果是缺文章毕业的话,这样搞搞也可以理解,但许秋现在不缺文章,自然没必要这么做。
完成HOMO/LUMO能级测试后,许秋把现有表征数据放在PPT文件中进行汇总。
不总结不知道,一总结吓一跳。
他惊讶的发现,他和学妹的两个最优3D-PDI体系的表征数据,现在已经基本凑齐了:
光吸收性能,包括光吸收光谱UV-vis、荧光光谱PL、瞬态荧光光谱TRPL,全部测试完毕;
HOMO/LUMO能级测试,刚刚测完;
分子结构相关,包括核磁共振NMR氢谱、碳谱,元素分析,已送样,等待几天就可以拿到原始数据;
DFT模拟,测试完毕。
光电性能,亮态/暗态J-V特性曲线、外量子效率曲线EQE,测试完毕,当然如果日后效率创新高,还需要重新绘制新的;
形态学表征,透射电子显微镜TEM,测试完毕。
现在缺少的表征测试,只剩下不多的几种,电荷输运机制方面的CELIV,分子堆砌结构表征GIWAXS,以及原子力显微镜AFM,或许再加上一个SCLC。
下周花一两天的时间把CELIV、AFM、SCLC搞定,两周后去光源再测个GIWAXS,数据就补齐了。
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