Синтез, характеристика та функціоналізація нанокомпозитних плівок P3HT-CNT легованих Ag2O
Анотація
Дослідження зосереджено на синтезі вуглецевих нанотрубок (CNT) і полі(3-гексилтіофену) (P3HT) (первинного полімеру) з легованими Ag (CNT/P3HT@Ag) нанокомпозитними тонкими плівками, для практичних застосувань. Були підготовлені чотири зразки розчину CNT з різним співвідношення полімеру (P3HT) [0,1, 0,3, 0,5 і 0,7 мас.%] для формування тонкого шару нанокомпозитів P3HT@CNT методом покриття Ag. Для дослідження властивостей поглинання та провідності для використання в різних практичних застосуваннях, у цьому дослідженні систематично оцінювалися структура, морфологія, оптичні та фотолюмінесцентні властивості нанокомпозиту CNT/P3HT@Ag. У зв’язку з цим використовувався спектрофотометр UV/Vis/NIR в діапазоні довжин хвиль від 350 до 700 нм для дослідження спектру поглинання, пропускання, коефіцієнта екстинкції (k) і показника заломлення зразків, виготовлених при кімнатній температурі. Результати XRD вказують на невелике збільшення розміру кристалітів синтезованого нанокомпозиту (CNT/P3HT@Ag) порівняно з нанокомпозитом CNT/P3HT, що можна пояснити кращою дисперсією P3HT та його сприятливим обгортанням навколо структур вуглецевих нанотрубок. Результати FESEM показують, що наночастинки Ag діють як місток між CNT і P3HT, створюючи зв’язок між двома матеріалами, який є достатньо міцним, щоб утворювати більш товсті трубчасті структури. Помітне збільшення інтенсивності поглинання (на приблизно 552 нм) досягається шляхом додавання наночастинок срібла до матриці CNT/P3HT при 0,5% P3HT. Крім того, підготовлені тонкі плівки CNT/P3HT@Ag демонструють більший коефіцієнт пропускання – понад 42%, 45%, 49% і 48% для концентрацій P3HT 1%, 3%, 5% і 7% відповідно. Підготовка даних про коефіцієнт екстинкції (k) і показник заломлення показує, що включення наночастинок срібла до нанокомпозитної матриці CNT/P3HT має значне покращення порівняно з попередніми зразками (композит CNT/P3HT).
Завантаження
Посилання
S. Shi, S. Ravi, and P. Silva, “High luminance organic light-emitting diodes with efficient multi-walled carbon nanotube hole injectors,” Carbon, 50, 4163-4170 (2012). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.04.065
A.K. Singh, and R. Prakash, “Organic Schottky diode based on conducting polymer nanoclay composite,” RSC Advances, 2, 5277-5283 (2012). https://doi.org/10.1039/C2RA20206A
A. Bruno, T.D. Luccio, C. Borriella, F. Villani, S. Haque, and C. Minarini, “Exciton dynamics in hybrid polymer/qd blends,” Energy Procedia, 44, 167-175 (2014). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.12.024
S. Lee, B.R. Lee, J. Kim, and M.H. Song, “Combination effect of polar solvent treatment on ZnO and polyuorene-based polymer blends for highly efficient blue based hybrid organic inorganic polymer light-emitting diodes,” Journal of Materials Chemistry C, 2, 8673-8677 (2014). https://doi.org/10.1039/C4TC01726A
J. Shi, J. Zhang, L. Yang, M. Qu, D.C. Qi, and K.H. Zhang, “Wide bandgap oxide semiconductors: from materials physics to optoelectronic devices,” Advanced materials, 33(50), 2006230 (2021). https://doi.org/10.1002/adma.202006230
P. Rathore, C.M.S. Negi, A.S. Verma, A. Singh, G. Chauhan, A.R. Inigo, and S.K. Gupta, “Investigation of the optical and electrical characteristics of solution-processed poly (3 hexylthiophene) (P3HT): multiwall carbon nanotube (MWCNT) composite-based devices,” Materials Research Express, 4(8), 085905 (2017). https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa7dac
R. Meitzner, T. Faber, S. Alam, A. Amand, R. Roesch, M. Büttner, F. Herrmann-Westendorf, et al., “Impact of P3HT materials properties and layer architecture on OPV device stability,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 202, 110151 (2019). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110151
N. Rao, R. Singh, and L. Bashambu, “Carbon-based nanomaterials: Synthesis and prospective applications,” Materials Today: Proceedings, 44, 608-614 (2021). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.593
W. Aloui, A. Ltaief, and A. Bouazizi, 2013. Transparent and conductive multi walled carbon nanotubes flexible electrodes for optoelectronic applications. Superlattices and Microstructures, 64, 581-589.
P.C. Mahakul, and P. Mahanandia, “Structural and electrical characteristics of solution processed P3HT-carbon nanotube composite,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 178(1), 012024 (2017). https://doi.org/10.1088/1757-899X/178/1/012024
Q.A. Yousif, K.M. Mahdi, and H.A., Alshamsi, “Enhanced photovoltaic performance of dye‐sensitized solar cell based on ZnO nanoparticles and ZnO/graphene nanocomposites,” Journal of the Chinese Chemical Society, 68(9), 1637-1643 (2021). https://doi.org/10.1002/jccs.202000382
F. Ziaeifar, A. Alizadeh, and Z. Shariatinia, “Dye sensitized solar cells fabricated based on nanocomposite photoanodes of TiO2 and AlMo0.5O3 perovskite nanoparticles,” Solar Energy, 218, 435-444 (2021). https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.03.024
H-J. Hwang, S-J. Joo, and H-S. Kim, “Copper nanoparticle/multiwalled carbon nanotube composite films with high electrical conductivity and fatigue resistance fabricated via flash light sintering,” ACS Applied Materials Interfaces, 7, 25413-25423 (2015). https://doi.org/10.1021/acsami.5b08112
B. King, and B. Panchapakesan, “Vacuum filtration-based formation of liquid crystal films of semiconducting carbon nanotubes and high-performance transistor devices,” Nanotechnology, 25, 175201 (2014). https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/17/175201
M. Zhang, S. Höfle, J. Czolk, A. Mertens, and A. Colsmann, “All-Solution Processed Transparent Organic Light Emitting Diodes,” Nanoscale, 7, 20009-20014 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR05820A
W. Zhou, X. Bai, E. Wang, and S. Xie, “Synthesis, structure, and properties of single‐walled carbon nanotubes,” Advanced Materials, 21(45), 4565-4583 (2009). https://doi.org/10.1002/adma.200901071
D. Luo, Q.B. Chen, B. Liu, and Y. Qiu, “Emergence of Flexible White Organic Light-Emitting Diodes,” Polymers, 11, 384 (2019). https://doi.org/10.3390/polym11020384
G. Li, R. Zhu, and Y. Yang, “Polymer Solar Cells,” Nature Photonics, 6, 153-161 (2012). https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.11
Y.Y. Gao, Z. Wang, G.T. Yue, X. Yu, X.S. Liu, G. Yang, F.R. Tan, et al., “Efficient Polymer Solar Cells with High Fill Factor Enabled by a Furo[3,4-c] Pyrrole-4,6-Dione-Based Copolymer,” Solar RRL, 3, 1900012 (2019). https://doi.org/10.1002/solr.201900012
Z.J. Zhang, J.H. Miao, Z.C. Ding, B. Kan, B.J. Lin, X.J. Wan, W. Ma, et al., “Efficient and Thermally Stable Organic Solar Cells Based on Small Molecule Donor and Polymer Acceptor,” Nature Communications, 10, 3271 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10984-6
S. Ren, L.Y. Chang, S.K. Lim, J. Zhao, M., Smith, N. Zhao, V. Bulovic, et al., “Inorganic Organic Hybrid Solar Cell: Bridging Quantum Dots to Conjugate Polymer Nanowire,” Nano Letters, 11, 3998-4002 (2011). https://doi.org/10.1021/nl202435t
D. Chaudhary, S. Munjal, N. Khare, and V.D. Vankar, “Bipolar resistive switching and nonvolatile memory effect in poly (3-hexylthiophene)–carbon nanotube composite films,” Carbon, 130, 553-558 (2018). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.01.058
M.D. Hampton, “Polythiophene nanowires for use in organic electronic applications,” PhD diss, Cardiff University, 2012.
M. Tonga, “A Rational Ternary Design of P3HT/Insulating Polymers–CNTs/P3HT for the Enhanced Thermoelectric Performances,” Composite Interfaces, 29(2), 197-213 (2022). https://doi.org/10.1080/09276440.2021.1913900
M. Baibarac, G. Arzumanyan, M. Daescu, A. Udrescu, and K. Mamatkulov, “Anisotropic Photoluminescence of Poly (3-hexyl thiophene) and Their Composites with Single-Walled Carbon Nanotubes Highly Separated in Metallic and Semiconducting Tubes,” Molecules, 26(2), 294 (2021). https://doi.org/10.3390/molecules26020294
H. Zhu, M. Pan, M.B. Johansson, and E.M. Johansson, “High photon‐to‐current conversion in solar cells based on light‐absorbing silver bismuth iodide,” ChemSusChem, 10(12), 2592-2596 (2017). https://doi.org/10.1002/cssc.201700634
N.S.N. Sa'aya, S.Z.N. Demon, N. Abdullah, A. Shatar, V.F.K. Ernest, and N.A. Halim, “Optical and Morphological Studies of Multiwalled Carbon Nanotube-incorporated Poly (3-hexylthiophene-2, 5-diyl) Nanocomposites,” Sensors & Materials, 31, 2997 3006 (2019). https://doi.org/10.18494/SAM.2019.2513
P.H.N. Nguyen, “Facile preparation, characterization of flexible organic solar cells using P3HT-MWCNTs composite photoactive layer,” Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 8, 1-10 (2020). https://doi.org/10.4236/msce.2020.810001
M.R. Karim, “Synthesis and characterizations of poly (3-hexylthiophene) and modified carbon nanotube composites,” Journal of Nanomaterials, 2012, 34-38 (2012). https://doi.org/10.1155/2012/174353
S. Qotso, P. Mbule, and B. Mothudi, “Characterization of P3HT-CNT thin films for photovoltaic solar cell applications,” in: SAIP 2021 Proceedings, https://events.saip.org.za/event/206/contributions/7086/contribution.pdf
D. Khan, et al., “Incorporation of carbon nanotubes in photoactive layer of organic solar cells,” Ain Shams Engineering Journal, 12(1), 897-900 (2021). https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.06.002
B.K. Kuila, K. Park, and L. Dai, “Soluble P3HT-grafted carbon nanotubes: synthesis and photovoltaic application,” Macromolecules, 43(16), 6699-6705 (2010). https://doi.org/10.1021/ma100917p
N. Nurazzi, N. Abdullah, S.Z.N. Demon, N.A. Halim, and I.S. Mohamad, “The Influence of Reaction Time on Non-Covalent Functionalisation of P3HT/MWCNT Nanocomposites,” Polymers, 13(12), 1916 (2021). https://doi.org/10.3390/polym13121916
G. Keru, P.G. Ndungu, G.T. Mola, and V.O. Nyamori, “Bulk heterojunction solar cell with nitrogen-doped carbon nanotubes in the active layer: effect of nanocomposite synthesis technique on photovoltaic properties,” Materials, 8(5), 2415-2432 (2015). https://doi.org/10.3390/ma8052415
T.S.T. Khanh, N.P.H. Nam, and N.N. Dinh, “Facile preparation, characterization of flexible organic solar cells using P3HT-MWCNTs composite photoactive layer,” Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 8, 1-10 2020. https://eprints.uet.vnu.edu.vn/eprints/id/eprint/4293/1/NPH%20Nam_MSCE_2020.pdf
P.J. Goutam, D.K. Singh, and P.K. Iyer, “Photoluminescence quenching of poly (3-hexylthiophene) by carbon nanotubes,” The Journal of Physical Chemistry C, 116(14), 8196-8201 (2012). https://doi.org/10.1021/jp300115q
D. Hernández-Martínez, et al., “Elaboration and characterization of P3HT–PEO–SWCNT fibers by electrospinning technique,” SN Applied Sciences, 2, 462-470 (2020). https://doi.org/10.1007/s42452-020-2278-2
B.K. Kuila, S. Malik, S.K. Batabyal, and A.K. Nandi, “In-situ synthesis of soluble poly (3-hexylthiophene)/multiwalled carbon nanotube composite: Morphology, structure, and conductivity,” Macromolecules, 40(2), 278-287 (2007). https://doi.org/10.1021/ma061548e
D. Meng, J. Sun, S. Jiang, Y. Zeng, Y. Li, S. Yan, J. Geng, and Y. Huanga, “Grafting P3HT brushes on GO sheets: distinctive properties of the GO/P3HT composites due to different grafting approaches,” Journal of Materials Chemistry, 22(40), 21583 21591 (2012). https://doi.org/10.1039/C2JM35317B
V. Saini, Z. Li, S. Bourdo, E. Dervishi, Y. Xu, X. Ma, V.P. Kunets, “Electrical, optical, and morphological properties of P3HT-MWNT nanocomposites prepared by in situ polymerization.” The Journal of Physical Chemistry C, 113(19), 8023-8029 (2009). https://doi.org/10.1021/jp809479a
H. Tai, X. Li, Y. Jiang, G. Xie, and X. Du, “The enhanced formaldehyde-sensing properties of P3HT-ZnO hybrid thin film OTFT sensor and further insight into its stability,” Sensors, 15(1), 2086-2103 (2015). https://doi.org/10.3390/s150102086
J. Arranz-Andrés, and W.J. Blau, “Enhanced device performance using different carbon nanotube types in polymer photovoltaic devices,” Carbon, 46(15), 2067-2075 (2008). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.08.027
Авторське право (c) 2024 Хайдер Абдулмір Аббас, Віссем Шейкроху Кубаа, Естабрак Таліб Абдуллах
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
