Nghiên cứu cấu trúc và tính chất hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic trong vật liệu quang điện

• Tác giả: Trần Ngọc Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Minh Huệ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất một số hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic ứng dụng trong chế tạo vật liệu quang điện
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết về vật liệu quang điện hữu cơ
• 1.2. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của đi-ốt phát quang hữu cơ
• 1.3. Cấu tạo và cơ chế hoạt động của pin mặt trời chất màu nhạy quang
• 1.4. Cơ sở lý thuyết hoá học lượng tử
• 1.5. Cơ sở lý thuyết phản ứng Heck
• 1.6. Hệ chất nghiên cứu
• 1.6.1. Hệ chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 1.6.2. Hệ chất ngưng tụ chứa silic
• 1.7. Tình hình nghiên cứu các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 1.8. Tình hình nghiên cứu các hợp chất ngưng tụ chứa silic
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.1.1. Phương pháp phiếm hàm mật độ
• 2.1.2. Phương pháp phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian
• 2.1.3. Bộ hàm cơ sở
• 2.1.4. Khả năng truyền dẫn điện tích
• 2.1.5. Phương pháp tính toán hóa học lượng tử
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 2.2.1. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2.2. Quy trình phản ứng alkenyl hóa BDT
• 2.2.3. Phân tích cấu trúc sản phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hệ chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh
• 3.1.1. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất hợp chất lưỡng cực dựa trên dibenzothiophene ứng dụng làm vật liệu chất mang trong OLED thế hệ thứ hai
• 3.1.2. Tổng hợp 2-Alkenylbenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene bằng hệ xúc tác Pd/Cu/Ag và nghiên cứu cấu trúc bằng các phương pháp phổ thực nghiệm và tính toán lý thuyết
• 3.1.3. Thiết kế hệ chất bithiophene liên hợp chứa silole và một số dị vòng năm cạnh cho vật liệu quang điện
• 3.2. Hệ ngưng tụ chứa silic
• 3.2.1. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang điện của một số dẫn suất dithienosilole
• 3.2.2. Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của cầu nối π đối với hệ chất hữu cơ dạng D-π-A ứng dụng cho pin mặt trời polymer
• KẾT LUẬN CHUNG
• ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic

Nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật liệu. Vật liệu quang điện hữu cơ có nhiều ưu điểm như giá thành thấp, dễ chế tạo và khả năng ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, việc phát triển các vật liệu này vẫn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc cải thiện tính chất quang điện và độ bền nhiệt. Nghiên cứu này nhằm mục đích khám phá cấu trúc và tính chất của các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic, từ đó định hướng cho việc phát triển các vật liệu quang điện mới.

1.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu quang điện hiện nay

Vật liệu quang điện hiện nay chủ yếu được chia thành hai loại: vô cơ và hữu cơ. Vật liệu vô cơ thường có độ tinh khiết cao nhưng giá thành cao và gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại, vật liệu hữu cơ có nhiều ưu điểm như dễ chế tạo và giá thành thấp, nhưng vẫn cần cải thiện về độ bền và khả năng dẫn điện.

1.2. Lý do chọn nghiên cứu hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic

Hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic được lựa chọn vì chúng có khả năng tạo ra các hợp chất quang điện với tính chất ưu việt. Lưu huỳnh và silic có thể tạo ra các liên kết mạnh mẽ, giúp cải thiện khả năng dẫn điện và tính ổn định nhiệt của vật liệu.

II. Thách thức trong nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là khả năng dẫn điện của các hợp chất này. Độ bền nhiệt cũng là một yếu tố quan trọng cần được cải thiện để đảm bảo tính ứng dụng thực tiễn của vật liệu. Ngoài ra, việc tối ưu hóa cấu trúc hóa học để đạt được tính chất quang điện tốt nhất cũng là một thách thức lớn.

2.1. Vấn đề về khả năng dẫn điện của vật liệu

Khả năng dẫn điện của vật liệu quang điện hữu cơ thường thấp hơn so với vật liệu vô cơ. Điều này gây khó khăn trong việc ứng dụng chúng trong các thiết bị điện tử hiện đại. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để cải thiện tính chất này.

2.2. Độ bền nhiệt và tính ổn định của vật liệu

Độ bền nhiệt của vật liệu quang điện hữu cơ thường kém, điều này hạn chế khả năng sử dụng trong các điều kiện khắc nghiệt. Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện độ bền nhiệt để tăng cường tính ổn định của vật liệu.

III. Phương pháp nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ

Để nghiên cứu các hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic, các phương pháp tính toán hóa học lượng tử được áp dụng. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) là một trong những công cụ mạnh mẽ giúp mô phỏng và dự đoán tính chất của các hợp chất. Các nghiên cứu lý thuyết sẽ cung cấp thông tin quý giá cho quá trình tổng hợp thực nghiệm sau này.

3.1. Phương pháp phiếm hàm mật độ DFT

Phương pháp DFT cho phép tính toán các tính chất điện tử của vật liệu một cách chính xác. Phương pháp này giúp xác định cấu trúc tối ưu và tính chất quang điện của các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic.

3.2. Quy trình tổng hợp thực nghiệm các hợp chất

Sau khi xác định được cấu trúc lý thuyết, quy trình tổng hợp thực nghiệm sẽ được thực hiện để chế tạo các hợp chất quang điện. Các điều kiện phản ứng sẽ được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của vật liệu quang điện

Kết quả nghiên cứu cho thấy các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic có khả năng dẫn điện tốt và tính chất quang điện hấp dẫn. Những vật liệu này có thể được ứng dụng trong các thiết bị như đi-ốt phát quang hữu cơ và pin mặt trời hữu cơ. Việc phát triển các vật liệu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của thiết bị mà còn giảm chi phí sản xuất.

4.1. Tính chất quang điện của các hợp chất nghiên cứu

Các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic cho thấy khả năng phát quang tốt và hiệu suất phát quang lượng tử cao. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng trong các thiết bị quang điện hữu cơ.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ quang điện

Vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cảm biến, đi-ốt phát quang và pin mặt trời. Những ứng dụng này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và định hướng nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic đã chỉ ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghệ hiện đại. Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện tính chất và độ bền của các hợp chất này. Định hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới với tính chất quang điện tốt hơn và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn.

5.1. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sẽ tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc hóa học của các hợp chất ngưng tụ chứa lưu huỳnh và silic. Các phương pháp tính toán hiện đại sẽ được áp dụng để dự đoán tính chất quang điện của các hợp chất mới.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Với những tiến bộ trong nghiên cứu, các vật liệu quang điện từ hệ vòng ngưng tụ có thể được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ sản xuất thiết bị điện tử đến các giải pháp năng lượng tái tạo.