氮原子对几种典型基态非简并聚合物的光学性质及电导率的影响机制研究

Due to the fine optoelectronic properties, nitrogen doped nondegenerate ground state polymers become research focuses in the field of optoelectronics. This application indicates to study the nitrogen atom influence on the optics and conductance of several typical nitrogen doped nondegenerate ground state polymers, Polypyrrole(PPy), Polyaniline (PANi) and Poly-p-pyridyl vinylene (PPyV). The research is: A fully non-local exchange-correlation formalism within the framework of density functional theory, known as the weighted density approximation (WDA), has been applied to the conjugated polymers, poly-p-phenylene (PPP), poly-para-phenylene vinylenes (PPV) , PPy,PANi and PPyV for the optical and electrical properties such as polarizability,infrared (IR) and Raman spectra,conductance and dynamical Born effective charges; and we also experimentally determine the IR, Raman spectra and conductance of the materials. Then we compare the theoretical and the experimental optical and electrical properties of nitrogen doped polymers PPy,PANi and PPyV with those of undoped counterparts PPP and PPV. We observe the properties changes, especially the behavior of nitrogen atom by using the existing and programmed software. We explicit the microscopic influence mechanism on the optical and conductance of several typical nitrogen doped nondegenerate ground state polymers. This work has good originality, theoretical importance and application value. It would provide systemic method and tool for the atom-molecule level design and utilization of new polymer materials.

含氮原子基态非简并聚合物由于具有良好的光电性能而成为光电子领域研究热点。本项目拟研究氮原子对几种典型基态非简并聚合物PANi,PPyV和PPy的光学性质和导电性质的影响机制进行研究。包括：采用密度泛函理论非局域加权密度近似方法，计算聚合物材料PPP,PPV,PPy,PANi和PPyV的光学性质包括极化率、红外、Raman谱和电导率、Born有效电荷分布等性质；实验测定聚合物材料的红外、Raman谱和电导率；从理论和实验两个方面比较含氮聚合物（PPy,PANi和PPyV）及非含氮聚合物(PPP,PPV)的极化率、红外、Raman谱和电导率、Born有效电荷分布等性质差异、各向异性以及聚合物的态密度和电荷分布规律; 利用现有软件和自编辅助程序，观察材料性质变化并特别注意氮原子在其中所起作用；揭示氮原子对基态非简并聚合物的光学性质和电导率的微观影响机制，为新材料的设计和应用提供系统方法和工具。

申请课题（61240056）在既有工作基础上，搜集有关文献资料，细化研究方案；利用密度泛函理论，分析基于PPV材料的结构特点及其相关参数，建立研究材料性质的模型，实现材料性质的计算研究。课题对基于PPV材料的结构和电学性质如能带、态密度等进行了研究，取得了最新结果。对输运性质(包括Seebeck系数S、电导G和电子热导λe)进行了研究，取得初步结果，为下一步研究含杂原子聚合物材料光电及输运性质微观影响机制打下了基础。同时，在基金的支持下，完成了闪锌矿型InN在压力下的结构、力学性质和光学性质研究。找到一种合成SnO2 纳米管的简易方法,扫描电子谱，透射电子谱及X射线衍射方法用来表征形态和样品结构，并根据实验结果对其形成机制进行了讨论。. 在申请项目资助下，已发表SCI检索论文4篇；实用新型专利“一种防眩光透明板及其制作方法”在申请中；其中参加项目研究生中，1人获江汉大学研究生“国家奖学金”，1人获校科技创新项目1 项，1人获第八届全国研究生电子设计竞赛三等奖。召开国内外同行研讨会4次，课题组教师和研究生出国交流和学术会议2次；形成了一支人员结构合理、知识覆盖面广、具有良好团队精神的科研团队。圆满完成项目设定的研究计划。. 2013.4.23—4.26， 课题负责人郑广赴法国南特参加了含时密度泛函理论国际会议（TD-DFT） Conference ，Nantes, France，并提交了“Non-local Density Functional Study of Some Protypical Conjugated Polymers”会议报告，对相关交换相关函数进行了研究，取得了初步成果，为下一步研究的研究工作打下了基础。