TWI449755B - Preparation method of polymer composite material containing nanometer crystal with light absorption function - Google Patents

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含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法
本發明涉及一種含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法。
在習用技術中，製作含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料通常係先以粉末冶金之方式製作成銅銦鎵硒(CIGS)塊材，之後將其研磨成奈米級粉體。另外亦有採用水熱法以具劇毒性之聯胺或三乙基胺為溶劑，於高壓釜提供之環境條件下反應製成奈米級CIGS晶粒粉體。這些奈米粉體再以習知的層間插入法或直接分散法與高分子材料混掺形成陶瓷-高分子複合材料。
本發明的主要目的是提供一種含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法，包含混合步驟以及聚合步驟，該混合步驟係將具有光吸收功能的結晶奈米粉末與高分子第一前軀物充份混合為一第一混合物，而聚合步驟，係將高分子第二前驅物添加至該第一混合物中，該高分子第二前驅物與該第一混合物中的該高分子第一前趨物產生聚合反應而產生出一高分子，而形成一含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料，其中該高分子第一前軀物為含有胺官能基(NH2 )之R(NH2 )n 單體或Ar(NH2 )n單體，該R為碳鏈烷基、該Ar為芳香族基，n=1至3，該胺官能基(NH2 )係作為用以分散金屬原子的螯合基，該高分子第二前軀物係苯酸係單體或醯氯系單體，而該具有光吸收功能的結晶奈米粉末為銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末。
替代地，能夠將具有光吸收功能的結晶奈米粉末的反應前驅物與高分子第一前軀物及溶劑預先加熱反應為一混合溶液，再將高分子第二前軀物加入已產生鉅何反應，而形成含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料。
本發明直接將銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末，與具有螯合基的單體混合，再與另一單體聚合，或是將銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末的反應前驅物與高分子單體預先合成，再與另一單體聚合，藉由螯合基將金屬原子充份分散，而使得在聚合反應時充份混合，並且不需要後續的硒化反應，或是藉由高壓釜進行反應，而避免了毒性的問題。
以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
第一圖係含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法第一實施例的流程圖。如第一圖所示，本發明含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法S1包含混合步驟S11以及聚合步驟S13。該混合步驟S11係將具有光吸收功能的結晶奈米粉末，如銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末，與高分子第一前軀物充份混合為一第一混合物，該第一前軀物含有胺官能基(NH2 )之R(NH2 )n 或Ar(NH2 )n 單體，其中R為碳鏈烷基、Ar為芳香族基，n=1至3，較佳為2，其中(-NH2 )官能基作為用以分散金屬原子的螯合基。聚合步驟S13，係在將高分子第二前驅物添加至第一混合物中，該高分子第二前軀物係苯酸係單體或醯氯系單體，高分子第二前驅物與第一混合物中的高分子第一前趨物產生聚合反應而產生出一高分子，而形成含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料。
此外，在該聚合步驟S13進一步地添加適當的溶劑、觸媒及與共同參與聚合反應的高分子第三前趨物於第一混合物中，並加熱以加速聚合反應，並進一步包含一乾燥步驟S15，藉由加熱或烘乾，使聚合後的高分子充分乾燥。
第二圖係含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法第二實施例的流程圖。如第二圖所示，本發明含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法S2包含預反應步驟S21、聚合步驟S23以及乾燥步驟S25。該預反應步驟S21係將具有光吸收功能的結晶奈米粉末的反應前驅物，如銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末的反應前驅物，與高分子第一前軀物以及溶劑，預先混合並加熱反應為包含高分子第一前軀物及具有光吸收功能的結晶奈米粉末的一第一混合溶液，該高分子第一前軀物為R(NH2 )n 或Ar(NH2 )n 單體，其中R為碳鏈烷基、Ar為芳香族基，n=1至3，較佳為2，其中(-NH2 )官能基作為用以分散金屬原子的螯合基。聚合步驟S23中係將混合高分子第二前趨物及溶劑的第二混合溶液添加至第一混合溶液中，而使該高分子第二前趨物及該高分子第一前趨物產生聚合反應形成一高分子，而產生一含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料溶液。乾燥步驟S15係將該含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料溶加熱或烘乾而使其充分乾燥，而完成該含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料。
進一步地，在該聚合步驟S23中的該第二混合溶液進一步添加觸媒及共同參與聚合反應的的高分子第三前趨物至第一混合溶液中，並加熱以加速聚合反應。
在第一實施例與第二實施例中，該高分子第一前趨物的R(NH2 )n 單體選自下列的化學結構式一及化學結構式二，而Ar(NH2 )n 單體選自下列化學結構式三至化學結構式八，而該高分子第二前軀物之苯酸係單體選擇自下列化學結構式九至化學結構式十一、而醯氯系單體選擇自下列化學結構式十二或十三的單體，高分子第三前趨物選自下列化學結構式十四及化學結構式十五的單體。溶劑為N-甲基咯烷酮(NMP)或二甲基乙胺(DMAC)，觸媒為氧化鋁粉末。
化學結構式一：H2 N－CH2 ─R─CH2 ─NH2
其中R為Cn H2n ，n為4-16。
化學結構式十三：其中R為Cn H2n ，n為4-16。
化學結構式十五：HOH2 C－R－GH2 OH
其中R為Cn H2n ，n為2-8。
由該高分子第一前趨物與該高分子第二前趨物聚合後所形成的高分子材料可以為是聚醯胺(polyamide，PA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚醚醯亞胺(polyetherimide，PEI)、聚醯胺醯亞胺(polyamideimide，PAI)以及聚苯胺(polyaniline，PANI)等。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。
S1．．．含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法
S11．．．混合步驟
S13．．．聚合步驟
S15．．．乾燥步驟
S2．．．含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法
S21．．．預反應步驟
S23．．．聚合步驟
S25．．．乾燥步驟
第一圖係具有光吸收功能的奈米晶粒之軟性基板的製作方法第一實施例的流程圖。
第二圖係具有光吸收功能的奈米晶粒之軟性基板的製作方法第二實施例的流程圖。
S1．．．含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法
S11．．．混合步驟
S13．．．聚合步驟
S15．．．乾燥步驟

Claims (13)

  1. 一種含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法，包含：一混合步驟，係將具有光吸收功能的結晶奈米粉末與高分子第一前軀物充份混合為一第一混合物；以及一聚合步驟，係將高分子第二前驅物添加至該第一混合物中，該高分子第二前驅物與該第一混合物中的該高分子第一前趨物產生聚合反應而產生出一高分子，而形成一含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料，其中該高分子第一前軀物為含有胺官能基(NH2 )之為R(NH2 )n 單體或Ar(NH2 )n 單體，該R為碳鏈烷基、該Ar為芳香族基，n=1至3，該胺官能基係作為用以分散金屬原子的螯合基，該高分子第二前軀物為苯酸系單體或醯氯系單體，而該具有光吸收功能的結晶奈米粉末為銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末。
  2. 如申請專利範圍第1項中所述之方法，其中該聚合步驟中，進一步添加溶劑、觸媒及與共同參與聚合反應的高分子第三前趨物至該第一混合物中，並加熱以加速該聚合反應。
  3. 如申請專利範圍第1項中所述之方法，進一步包含一乾燥步驟，藉由加熱或烘乾，使聚合後的高分子充分乾燥。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該R(NH2 )n 單體係選至化學結構式一及化學結構式二，該Ar(NH2 )n 單體係選至化學結構式三、化學結構式四、化學結構式五、化學結構式六、化學結構式七以及化學結構式八：化學結構式一：H2 N－CH2 ─R─CH2 ─NH2 其中R為Cn H2n ，n為4-16，
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該苯酸系單體係選擇自下列化學結構式九、化學結構式十以及化學結構式十一，該醯氯系單體係選自化學結構式十二以及化學結構式十三： 其中R為Cn H2n ，n為4-16。
  6. 如申請專利範圍第2項中所述之方法，其中該溶劑為N-甲基咯烷酮(NMP)或二甲基乙胺(DMAC)，該觸媒為氧化鋁粉末，而共同參與聚合反應的該高分子第三前趨物係選自化學結構式十四及化學結構式十五的單體： 化學結構式十五：HOH2 C－R－CH2 OH其中R為Cn H2n ，n為2-8。
  7. 如申請專利範圍第1項中所述之方法，其中該高分子第二前驅物與該高分子第一前趨物聚合反應而產生出的該高分子係為聚醯胺(polyamide，PA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚醚醯亞胺(polyetherimide，PEI)、聚醯胺醯亞胺(polyamideimide，PAI)以及聚苯胺(polyaniline，PANI)的至少其中之一。
  8. 一種含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料的製作方法，包含：一預反應步驟，係將具有光吸收功能的結晶奈米粉末的反應前驅物，與高分子第一前軀物及溶劑，預先加熱反應為包含該高分子第一前軀物及具有光吸收功能的結晶奈米粉末的一第一混合溶液；一聚合步驟，係將混合高分子第二前趨物及溶劑的一第二混合溶液添加至該第一混合溶液中，而使該高分子第二前趨物及該高分子第一前趨物產生聚合反應形成一高分子，而產生一含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料溶液；以及一乾燥步驟，係將該含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料溶加熱或烘乾，使其充分乾燥，而完成該含光吸收功能的奈米晶粒之高分子複合材料，其中該高分子第一前軀物為含有胺官能基(NH2 )之R(NH2 )n 或Ar(NH2 )n 單體，該R為碳鏈烷基、Ar為芳香族基，n=1至3，較佳為2，其中該胺官能基作為用以分散金屬原子的螯合基，該高分子第二前軀物係苯酸係單體或醯氯系單體，而該具有光吸收功能的結晶奈米粉末為銅銦鎵硒(CIGS)結晶奈米粉末或是銅銦鎵硒硫(CIGSS)結晶奈米粉末。
  9. 如申請專利範圍第8項中所述之方法，其中該聚合步驟中，進一步添加觸媒及與共同參與聚合反應的高分子第三前趨物至該第一混合溶液中，並加熱以加速該聚合反應。
  10. 申請專利範圍第8項所述之方法，其中該R(NH2 )n 單體係選至化學結構式一及化學結構式二，該Ar(NH2 )n 單體係選至化學結構式三、化學結構式四、化學結構式五、化學結構式六、化學結構式七以及化學結構式八：化學結構式一：H2 N－CH2 ─R─CH2 ─NH2 其中R為Cn H2n ，n為4-16，
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該苯酸系單體係選擇自下列化學結構式九、化學結構式十以及化學結構式十一，該醯氯系單體係選自化學結構式十二以及化學結構式十三： 化學結構式+三：其中R為Cn H2n ，n為4-16。
  12. 如申請專利範圍第9項中所述之方法，其中該觸媒為氧化鋁粉末，而共同參與聚合反應的該高分子第三前趨物係選自化學結構式十四及化學結構式十五的單體： 化學結構式十五：HOH2 C－R－CH2 OH其中R為Cn H2n ，n為2-8。
  13. 如申請專利範圍第8項中所述之方法，其中該高分子第二前驅物與該高分子第一前趨物聚合反應而產生出的該高分子係為聚醯胺(polyamide，PA)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚醚醯亞胺(polyetherimide，PEI)、聚醯胺醯亞胺(polyamideimide，PAI)以及聚苯胺(polyaniline，PANI)的至少其中之一。
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