纳米色料
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纳米色料(Nanocolorants)
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纳米色料简单地说，是指染料以分子状态分散并固定在纳米尺寸的交联聚合物粒子中而得到的纳米复合物[1]。从广义上讲，尺度上小于 100nm 的颜料粒子、染料或颜料的复合物及其分散体系都可称之为纳米色料。它可以整合颜料优良的耐久性(耐光耐候、耐水耐溶剂)、热稳定性以及染料优异的颜色亮度和深度、加工性等优点。纳米色料除了在高性能聚合物材料、涂料/涂层、高档化妆品等方面的着色应用上具有较大优势之外，纳米色料及其水性分散体最直接的优势应用体现在彩色喷墨打印等领域，很可能给彩色印像业带来革命性变革[2]。
纳米色料的应用研究[1]
对于纳米色料的应用研究，当前文献报道中提到的主要集中在喷墨打印油墨、静电色粉、塑料着色、LCDs彩色滤光片的彩色光阻剂、化妆品、涂料着色、纸张和织物涂层等方面，不再详述。虽然目前对于有机颜料／染料的光电功能应用研究相当多 ，但专门针对纳米色料在光电应用方面的研究文献报道非常少。有机染料／颜料除了传统的染色、着色用途外，还在高新技术上具有广阔的应用领域。比如应用于信息记录与显示材料如各种光盘、LCDs彩色滤光片用彩色光阻剂以及光、热、电致变色材料；有机电致发光材料如最新一代显示器技术的有机发光二极管(OLED)等；电子照相材料如有机光导鼓(OPC)材料，各种打印机耗材用色料、静电色粉等；能量转换与储存材料如太阳能电池用色料、太阳能存储用色料以及激光染料等；生物医学用色料如荧光探针用色料、光动力治疗用色料等。
纳米材料已经渗入到光电应用领域：大家熟知的染料敏化纳米晶体太阳能电池(NPC电池)就是利用纳米晶体半导体(SiO2)膜的纳米表面效应，敏化染料能够以单分子层吸附于纳米半导体电极上并具有巨大表面积，这样就可以同时提高光电转化量子效率和光捕获效率，从而大大提高光电转化效率 ；LAPS法制备纳米颜料用于OPC的制作等。纳米色料跟其他的纳米材料一样，应该具有许多奇特或反常的物理化学性能，有待广大研究者努力探索研究。
1.在太阳能电池上的应用
(1)p-n异质结型电池上的应用
p-n异质结型电池虽然光电转换效率比染料敏化电池的低，但具有制作简便、成本较低并且通过染料／颜料层成膜改进可以进一步提高其光电效率等优点，是太阳能电池的一种基本形式。目前最常用的颜料成膜方法是真空升华法(蒸镀法)，这样形成的膜致密且有规则性，光电转换率低。
Harima等发现用胶束破裂法(micellardisruption，MD)制备酞菁(Pc)电极的ITO／Pc／
-I − 电池，其能量转换率是蒸镀法制备的Pc电极电池的60倍。Ishida等以酞菁作为p型半导体，茈作为n型半导体，采用光催化沉积法(photoeatalytiedeposition，PCD)把较细的酞菁粒子沉积在较大苝粒子形成的疏松膜上制备了具有渐变区／混合区的互穿插型p-n异质结膜。以上两种方法成膜的优点是颜料粒子可以疏松、随机充填，为有效的光致电子生成提供了必要的空间分布界面，以及两种颜料与各自匹配电极问的良好连结性，使得载流子得以流畅传输，因此这种结构的电池光电转换率可以达到几个百分点。根据以上的研究，可以设想利用LAPS法，选择合适的P和n型有机颜料半导体制备两种不同尺寸的纳米色料分散体，应用于p-n异质结型电池异质结成膜，很有可能产生类似的可大大提高光电转换率的效应。
(2)全固态染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells，DSC)上的应用
长期以来，染料敏化太阳能电池大多利用液态电解质中的电子给体来使氧化态染料还原再生(起到相当于空穴传输的作用)，但液态电解质存在一些难以克服的缺陷。因此，用固态空穴传输材料(也被称为固体电解质)制备全固态染敏电池成为了新的研究重点。所谓全固态染敏电池实际上是染料敏化的多相结电池，主要含多孔二氧化钛膜、染料、空穴传输材料和一些添加剂等，工作过程中并不发生电化学反应，所以把这种电池称为染料敏化异质结电池(dye-sensitized heterojunction solar cels，DSH电池)更为恰当。其中空穴传输材料一般是P型半导体，主要包括导电聚合物在内的三大类，对其主要要求是较好的空穴传导率、能用适当方法成膜成层、能够良好填充多孔TiO2的粗糙表面并与染料层良好接触等。一些聚合物如聚乙烯咔唑、聚硅烷、聚吡咯、接枝三芳胺侧链改性聚苯乙烯、聚苯乙烯掺杂p-二芳氨基二苯乙烯(DAS)等也有可能用作固态太阳能电池空穴传输材料。假如把一定量具有良好空穴传导率的染料与适当聚合物掺杂得到的纳米产品用于固体电解质，有可能实现容易成层、提高空穴传导率、增强其与敏化染料的接触等要求，从而为制备优质的DSH电池固体电解质开辟一条新途径。
2.应用于有机电致发光材料(organic electroluminescence，OEL)
OEL材料用于制造有机发光二极管OLED，OLED显示技术已被公认为可以取代LCDs的最新显示技术。有机材料的电致发光机理已经很成熟，不再详述。为了提高发光效率，首先必须提高激子生成效率，这是从提高空穴和电子的注入效率和平衡载流子的传输速率两方面人手，所以往往将器件做成双、三、多层结构。三层结构是目前最常采用的结构，中心层为发光材料层，两边为空穴注入／传输层和电子注入／传输层。其中目前用作空穴传输材料(HTM)的大多是三芳基胺类。三芳基胺类空穴传输层薄膜在通电时发热易结晶，这是导致OEL器件亮度衰减的重要原因之一。在氧化铟锡(ITO)阳极与空穴传输层之间加入空穴注入层可降低两者的界面势垒而提高器件稳定性。所以设计与合成新的HTM的重点要求是：热稳定性高、与阳极界面势垒小、易成膜。把低分子HTM掺杂到惰性高分子中得到HTM分子的聚合物固溶体(浓度一般为20-40wt％)，可以提高空穴传输速度 。已经开发的HTM除了芳香多胺类还有咔唑和吡唑啉衍生物、苯乙烯类、腙类、嗯唑类等，材料的高分子化是其发展的一个方向。
如果利用本身具有一定空穴传输性质的聚合物与合适的低分子HTM以及空穴注入层材料(如铜酞菁等 )三者掺杂复合成纳米材料，所得产物可通过悬涂或浸涂成膜形成空穴传输薄膜，既具有聚合物的较高 又把空穴传输和注入层掺合在一起，这样很可能对解决热稳定性和降低界面势垒这两个问题都有所帮助。
3.应用于有机固体激光染料
现在大多数的染料激光器用的是若丹明类染料，香豆素衍生物、多甲川类染料、苯乙烯基染料、脂溶性茈类、联苯类等也可用作激光染料 。固体激光染料与液体激光染料相比，由于存在紧密性、可加工性、无毒、不易燃、无蒸发、易于器件集成化等显著优势而日益受到重视。上世纪8O年代以前，固体激光染料的制造以染料掺杂到PMMA或PMMA+PHEMA得到复合物的方法为主，虽然对聚合物基质的改性大幅度提高了基质的激光损耗抗阻，但该体系的光稳定性很差。90年代中期后，国外报道将激光染料与甲基丙烯酸甲酯，羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)共聚得到了性能优良的固体激光染料。其中聚合物骨架可以给未转化为辐射能的剩余吸收能提供额外的转移通道，避免了染料的过早降解，提高其光稳定性和激光输出效率。但要实现染料与这些聚合单体的共聚需要对染料进行较复杂的化学改性等过程。
选择适当的聚合单体及光稳定剂，对合适的激光染料进行细乳液聚合纳米化处理，得到的水性分散体可以直接形成固体激光染料薄膜，这样就很可能获得上述固体激光染料的优点而又克服其不足。这或许是一种简单有效的获得新的性能优良固体激光染料的途径。
