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474 Y系列材料再次啟航,二度衝擊CNS!(求訂閱) (第4/4頁)

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許秋也不打算和她搶,就直接從Y11、Y12開始命名。

剛好也可以進行區分:Y1Y7的中央DAD單元都是基於NT的,Y11、Y12則都是基於BT的。

Y11、Y12的唯一區別,就是前者採用的端基是ICIN,後者是ICIN2F。

最終,基於J4:Y12的器件,效率最高做到了16.11%,相比於之前J4:Y3體系的14.8%,算是非常大的突破。

雖然疊層器件的效率目前已經做到最高17.3%,但如果單結也能達到17%,甚至18%的話,同樣也是CNS級別的工作。

像CNS這種檔次的期刊,在沒有夠到這個門檻的時候,研究者想要發表一篇非常的困難。

不過,一旦跨過了這道門檻,再想發表CNS的難度,其實就沒那麼大了。

尤其是在許秋已經走到有機光伏領域的最前沿,還能開掛的情況下。

差不多什麼樣的成果,可以達到這個CNS級別,許秋自己心裡基本上都是有數的,他只要不斷朝著那個方向努力就行了。

得到了Y12這種材料,許秋同步開展各項表徵,分析它為什麼比之前的Y3材料要好。

對於材料學科來說,想要在開始實驗之前,透過分子結構去預測一種材料的好壞,還是非常困難的。

比如許秋拿到手的這個Y12材料,在它成功的背後,其實有數十個失敗的材料。

這些材料都是之前許秋透過預測,得出它們可能具有較高效能的材料,但實際結果卻並不理想。

從某種意義上來講,這種應用型學科,還是有些“玄學”成分在裡面的,經常要講故事給別人聽。

比如拿到一個比較好的結果,再回去看它的分子結構,並結合各種表徵手段,去解釋這種材料為什麼好,其實就是一種“玄學”。

但故事總還是得講的。

因為當“玄學”故事講多了,得到了大多數人的認同,並可以預測其他結構的結果時,“玄學”也就演變成為了“科學”。

為了直譯器件效能提升的原因,許秋主要透過DFT模擬,光源GIWAXS,TEM透射電鏡等手段,對比了Y12和Y3兩個體系。

結果發現,相比於Y3,Y12主鏈分子結構只是進行了細微的改變,主要是側鏈位置的改變,使得受體分子之間的分子堆砌做到更好,進而有利於電荷的輸運。

因為Y3和Y12兩者的分子結構相似,所以Y12的合成也類似於之前Y3的合成,同樣需要六步反應。

第一步,雙溴取代的,氮原子上帶有乙基己基側鏈的苯並噻二唑(BT)單元,透過硝基化反應,在苯環剩餘的兩個反應位點上連線兩個硝基,得到得到雙溴、雙硝基取代的BT單元。

第二步,將雙溴、雙硝基取代的BT和帶側鏈的單三甲基錫取代的TT單元反應,得到TTBTTT的結構,其中BT上連線有兩個硝基,TT遠端有一個直鏈烷基側鏈。

第三步,將TTBTTT分子中的硝基還原,並與相鄰的TT單元成環,形成環狀的仲胺,得到連續的稠環結構。此時,產物中存在位於TTBT之間的仲胺,上面還有一個殘留的氫原子,這是一個反應位點。

第四步,將第三步的反應物和溴代烷烴反應,用烷基取代仲胺上的氫原子,形成叔胺,實現在N原子上引入側鏈的目的,得到最終的中央DAD單元。

第五步,中央DAD單元的醛基化反應,在中央DAD單元的兩端連線兩個醛基。

第六步,經過醛基化的DAD單元與A單元ICIN2F進行反應,得到Y12。

許秋開始思考接下來的最佳化方向。

之前他基於Y3改分子結構,試了數十種方法,結果發現改動幅度越大,最終的效能就越差。

像Y11、Y12這種程度的小改反而效能得以了提升。

可能這就是大米手機,花了200W更換LOGO,結果只是“加了一行程式碼”,從方變圓的原因吧。

當我們去精益求精的時候,不能更改的太多,因為一旦改的太多,就會變成另外一個新的東西了。

而如果是新舊東西的效能期望是按照正態分佈的話,當原先已經做到比較頂尖,那麼新東西大機率會變差。

經過一番思考,許秋最終決定不對Y12“動大刀子”,也就是暫時不更改主鏈,主要只針對側鏈、端基進行修飾。

一方面,端基是比較常規的最佳化方式,之前發現引入甲基、氟原子、氯原子都會對器件效能造成影響,現在Y12採用的是引入氟原子的結構,可能更換為其他端基,效能還會有所提升。

另一方面,雖然非富勒烯受體的主鏈是主要負責光吸收的,但側鏈的重要性也非常高,因為側鏈可以改變材料的溶解性、結晶性,進而改變共混薄膜形貌,對電荷輸運和最終的器件效能造成影響。

同時,之前搬家的時候,雖然確認了蒸鍍儀器的功能良好,但是不確定最佳的蒸鍍條件有沒有發生改變。

因此,許秋在離開魔都之前,也把江彎手套箱的蒸鍍裝置複製了一份,現在也在利用標樣器件,同步摸索最優的蒸鍍條件。

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