本研究合成了一系列非全共軛捲曲式雜環芳香族高分子Poly(2,2’-phenyl-5,5’-bibenzimiazole)(簡稱Pbi)，應用於發光二極體的製作與研究，並且利用取代基上的變化，改變能隙的大小，而達到不一樣的發光顏色，同時也驗證了非全共軛高分子也俱有電致光效應。
借助於奈米碳管的優良導電特性，將奈米碳管利用混摻和現場合成(in-situ) Pbi高分子的方法，提升高分子發光二極體之電致光效應，但是奈米碳管會因為熵(entropy)和凡得瓦力(van der Waals' forces)的影響而聚結，造成分佈不均勻的困擾，所以本實驗利用了酸化及酯化奈米碳管的方式，將多層奈米碳管進行化學合成改質，將奈米碳管接上長鏈的酯類化學基團(-COOC10H21)，降低了奈米碳管本身的長寬比(aspect ratio)，減少了奈米碳管聚集的可能性，使碳管可以溶液共溶的方式均勻地分散在高分子中，而增加Pbi高分子發光二極體之光電效應。
藉由紅外光吸收光譜儀、元素分析儀、拉曼光譜儀和熱分析儀，驗證有將長鏈酯類化學基團(-COOC10H21)接在多層奈米碳管上，並且利用0.01和0.1 wt. % 酯化多層奈米碳管，以共溶方式混摻在Pbi高分子中，製成Pbi發光二極體，降低其界限電壓約2 V，同時也增強了Pbi元件的電流值約5~10倍，另一方面，對於Pbi高分子發光二極體之電致光效應強度也明顯增加了2~3倍左右；但是摻雜酯化多層奈米碳管的Pbi發光二極體對於其所發光的光色座標並沒有大的影響。
本研究亦利用了現場合成的方法，將非全共軛Pbi高分子與酸化多層奈米碳管形成了高分子複合材料，應用於高分子發光二極體之研究。根據本研究之結果，其Pbi發光二極體電流值仍增加約10~15倍左右，而電致光效應的強度也有所增加，但界限電壓的下降並不如混摻者來的明顯，並且光色座標值並沒有明顯的改變。

Luminescent emission of partially conjugated homopolymers was successfully demonstrated as light emitting diodes (LEDs). A series of coil-like heterocyclic aromatic poly(2,2’-phenyl-5,5’-bibenzimiazole) (Pbi) was synthesized and derivatized with alkyl pendants for changing the band gap to form different electroluminescence (EL) emissions.
Because of the entropy and van der Waals' interaction, multi-wall carbon nanotube (MWNT) tends to aggregate. In this investigation, chemical synthesis was applied to functionalize the MWNT. MWNT was esterificated by incorporating the functional group (-COOC10H21) to reduce its aspect ratio to facilitate its dispersion in the Pbi solution. MWNT-COOC10H21 was analyzed using Fourier transform infrared, elemental analysis, Raman spectrum and thermogravimetric analysis.
In the polymer light emitting devices, Pbi mixed with MWNT-COOC10H21 would decrease threshold voltage for about 2 V, and the device emission current was increased 5~10 times of magnitude than those of devices without MWNT- COOC10H21.
Pbi was in-situ polymerized with acidified multi-wall carbon nanotube (MWNT- COOH) for polymer LED fabrication. The emission current of these devices was still increased 10~15 times but no threshold voltage decrease compared to those of Pbi polymer solution-mixed with MWNT-COOC10H21. The polymer LED Commission International del'Eclairage chromatic indices were about the same for Pbi mixed with MWNT-COOC10H21 or in-situ polymerized with MWNT-COOH.

目錄
目錄 I
流程目錄 V
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
第二章 原理與文獻回顧 3
2.1 高分子有機發光二極體(PLED)結構 3
2.1.1 單層結構 3
2.1.2 多層結構 4
2.2 元件材料 4
2.2.1 陽極(Anode) 4
2.2.2 陰極(Cathode) 6
2.2.3 Pbi非全共軛高分子 6
2.2.4 PEDOT:PSS電洞傳導層 8
2.3 奈米碳管 9
2.4 電致光原理 10
2.5 能帶理論(Energy Band Theory) 12
2.6 螢光理論(Luminescence Theory) 13
2.7 載子傳導機制 14
第三章 實驗 16
3.1 單體與高分子合成之起始物 16
3.2 聚合溶液的製備 17
3.2.1 甲基磺酸的純化 17
3.2.2 五氧化二磷-甲基磺酸(Phosphorus Pentoxide-Methane-Sulfonic Acid，簡稱PPMA)的配製 17
3.3 化學分析與實驗操作原理 18
3.3.1 核磁共振儀(Nuclear Magnetic Resonance，簡稱NMR) 18
3.3.2 傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared， 簡稱FTIR) 19
3.3.3 紫外光-可見光吸收光譜(UV-Vis Absorption Spectrum) 20
3.3.4 拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy) 21
3.3.5 元素分析儀(Elemental Analyzer，簡稱EA) 21
3.3.6 熱重分析質譜儀(Thermogravimetric Analysis-Mass，簡稱 TA-Mass) 22
3.3.7 旋轉塗佈機(Spin Coater) 22
3.3.8 真空熱蒸鍍機(Vacuum Thermal Evaporator) 23
3.3.9 電致光(Electroluminescence，簡稱EL)光譜 24
3.3.10 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy，簡稱SEM) 25
3.4 單體化學合成反應 26
3.4.1 單體2-hydroxyterephthalic Acid(簡稱MHT)的化學合成反應與分析 26
3.4.2 單體2,5-dialkyloxyterephthalic Acid(簡稱CnOTpA)的化學合成反應與分析 29
3.5 非全共軛捲曲式均質高分子聚合反應與分析 34
3.6 多層奈米碳管之化學合成改質 39
3.6.1多層奈米碳管酸化反應 39
3.6.2多層奈米碳管酯化反應 39
3.7 高分子複合材料現場(in-situ)合成聚合反應步驟 40
3.8 高分子發光二極體元件製備(PLED Device Fabrication) 41
3.8.1 高分子溶液配製 41
3.8.2 氧化銦錫(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)玻璃基材清洗方式 41
3.8.3 旋轉塗佈高分子溶液製成薄膜(spin coating) 41
3.8.4 熱蒸鍍 42
3.9 元件量測 42
3.9.1 電性量測(I-V Curve) 42
3.9.2 電致光(EL)光譜 42
第四章 實驗結果與討論 43
4.1 多層奈米碳管(MWNT)之鑑定 43
4.1.1 紅外線吸收光譜(FTIR Absorption Spectrum)與元素分析(Elemental Analysis，簡稱EA) 43
4.1.2 拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy) 45
4.1.3 熱重分析質譜儀(Thermogravimetric Analysis-Mass， 簡稱TA-Mass) 47
4.2 紫外光-可見光吸收光譜(UV-Vis Absorption Spectrum) 49
4.3 發光二極體電流-電壓曲線(I-V curve) 54
4.3.1 摻雜不同比例酯化多層奈米碳管之Pbi高分子發光二極體 電流-電壓曲線 54
4.3.2 現場合成(in-situ)不同比例酸化多層奈米碳管之高分子發光二極體電流-電壓曲線 56
4.4 電致光(Electroluminescence，簡稱EL)光譜 59
4.4.1 摻雜不同比例酯化多層奈米碳管之高分子發光二極體的電致光光譜 59
4.5 掃描式電子顯微鏡(SEM) 72

第五章 結論 73
第六章 參考文獻 75

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