Terminem polimery przewodzące (skoniugowane) określa się grupę polimerów, których łańcuch główny zbudowany jest z układu sprzężonych wiązań π. Ostatnie lata przyniosły gwałtowny rozwój badań nad zastosowaniem tego rodzaju materiałów organicznych do przetwarzania energii słonecznej w elektryczną. Szybko jednak okazało się, że ogniwa, w których warstwę aktywną stanowią polimery przewodzące charakteryzują się bardzo małą wydajnością konwersji energii. Efektywność działania polimerowych ogniw fotowoltaicznych można jednak znacznie poprawić wprowadzając do układu cząsteczki o właściwościach elektronoakceptorowych lub nanokryształy półprzewodników nieorganicznych, na przykład selenku kadmu otoczone alifatycznymi ligandami. Ligandy te zapobiegają aglomeracji nanokryształów i ułatwiają ich dyspersję w rozpuszczalnikach organicznych. Z drugiej strony stanowią jednak izolacyjną powłokę utrudniającą transport ładunku elektrycznego. W toku prowadzonych badań zaobserwowano, że wymiana pierwotnych, alifatycznych ligandów na ligandy zawierające układy sprzężonych wiązań podwójnych przyczynia się do ułatwienia przeniesienia ładunku między nanokryształem i matrycą polimerową.
Jak wiele innych substancji, podobnie polimery przewodzące wykazują zdolność do absorpcji promieniowania elektromagnetycznego. Podczas takiego procesu światło o określonej długości fali padające na próbkę zostaje pochłonięte, a miarą jego absorpcji jest absorbancja, którą mierzy się w szerokim zakresie długości fali – począwszy od ultrafioletu (UV), przez światło widzialne (Vis) po bliską podczerwień (NIR). Zarejestrowane wówczas za pośrednictwem spektrofotometru widmo UV-Vis-NIR, przedstawia zależność absorbancji od długości fali padającego na próbkę światła. Jeśli przy danej długości fali substancja wykazuje maksimum absorpcji, w jej widmie pojawia się wtedy dobrze widoczny pik.
Na podstawie: R. Szczypiński, Synteza oligomerów tiofenowych do zastosowań w układach hybrydowych z nanokryształami selenku kadmu. Praca dyplomowa na stopień magistra inżyniera wykonana pod kierunkiem prof. dr hab. M. Zagórskiej. Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska, Warszawa 2007.
Synteza kryształów, których jądra stanowi jeden ze związków kadmu – CdS, CdSe lub CdTe, otoczony alifatycznymi ligandami TOPO (tlenku trioktylofosfiny) jest procesem złożonym. W zależności od rozmiarów uzyskanych nanosfer zmienia się również długość fali przypadająca dla maksimum absorbowanego przez nie promieniowania elektromagnetycznego (λmax). Na podstawie zarejestrowanego widma UV-Vis możliwe jest wówczas oszacowanie średnicy kryształu.
Rysunek poniżej ilustruje empirycznie wyznaczone zależności długości fali absorbowanego światła przez nanokryształy CdSe otoczone ligandami TOPO od wyrażonej w Angstremach (Å) ich średnicy, przy czym 1 Å = 10–10 m. Na przykład widoczny w widmie pik λmax = 500 nm odpowiada układom sferycznym o średnicy około 23 Å.
Nanokryształy CdS oraz CdTe, zawierające ligandy TOPO i mające średnicę około 23 Å można odróżnić na podstawie wartości λmax, które wynoszą odpowiednio – 390 nm i 600 nm.
Na podstawie: C.B. Murray, D.J. Norris, M.G. Bawendi. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdS, CdSe, CdTe semiconductor nanocrystallites, Journal of the American Chemical Society 1992.
Przeprowadzono syntezę nanokryształów selenku kadmu otoczonych ligandami TOPO. W celu określenia postępu reakcji, pobierano próbkę mieszaniny reakcyjnej i mierzono jej absorbancję.
Ponieważ widmo UV-Vis zarejestrowane w przypadku próbek 4.–6. ma praktycznie identyczny przebieg, na zamieszczonej niżej grafice jedno z widm odpowiada absorbancji próbek pobieranych po 240 sekundach od momentu rozpoczęcia reakcji chemicznej, a pozostałe trzy – próbkom pobranym podczas pierwszych 150 sekund jej prowadzenia.
Uzupełnij tabelę oszacowanymi wartościami średnicy nanokryształów selenku kadmu otoczonych ligandami TOPO w trakcie 360 sekund trwania eksperymentu, a następnie naszkicuj wykres obrazujący zmiany ich rozmiarów w opisanym czasie.
© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone