Poly- p -phenylenebenzobisoxazole (PBO) 和多層奈米碳管 (MWNT) 都具有全共軛及硬桿式的主鏈，都擁有卓越之機械性能、熱氧化穩定性及不易溶解的特性，全共軛硬桿式高分子 PBO 通常僅溶解在甲基磺酸 (methanesulfonic acid, MSA) 及路易士酸中。為了達到多層奈米碳管的均勻分散，將其溶解在 PBO 的路易士酸溶液中，並以旋轉塗佈方式製作成含碳管的 PBO 複合薄膜之發光二極體。多層奈米碳管在 PBO 薄膜中之重量百分比為 10 wt. % 。與純 PBO 薄膜做光性與電性之比較，實驗結果，在 PBO 中摻雜奈米碳管，因其具導電性，對 PBO 之二極體電流電壓 (I-V) 曲線，產生於近乎金屬與二極體之間的電子特性，然其對 PBO 之光性卻絲毫不受影響。
關鍵詞 : Poly- p -phenylenebenzobisoxazole (PBO) ，多層奈米碳管 (MWNT) ，發光二極體。
一、前言：
有機共軛高分子之光電性 [1,2] ，發展至今其分子配方之多元化、製作、且成本低廉，已廣受學術界及工業界注目，近年來奈米科技之發展一洩千里。奈米碳管 [3,4] （ carbon nanotube ）因其具有非線性光學之特性與電性故在研究上更是熱門。
實驗中將 PBO [5,6]( poly (1,4phenylene -2,6-benzovisimidazole) 與 10% multiwalled carbon nanotubes （ MWNT ）混摻 PBO 的高分子做光性與電性之比較，用以瞭解奈米碳管（ carbon nanotube ）在以 PBO 為作用層之 PLED （ poly light emitting diode ）中對其影響。
二、實驗步驟：
實驗中以 PBO 及 PBO 混摻 10 ％的奈米碳管製作成單層結構之 LED （ light emitting diode ）元件，進行 I-V 及 EL 量測。
實驗步驟如下：
1. 用鑽石刀將 ITO 切成 1 x 1 in 2 之大小，清洗 ITO 玻璃，首先將切割好的 ITO 置入丙酮中，藉由超音波震盪十五分鐘，以去除油脂，再用酒精浸泡，震盪十五分鐘，去除灰塵等等，再置入去離子水中震盪 15 分鐘，去除有機溶劑，最後以高純度氮氣將 ITO 玻璃吹乾備用。
2. 首先取定量之 PBO 及 10% MWNT 混摻 PBO 高分子各 0.0156g ，加入 5ml 路易士酸（ lewis acid ）中，製成 0.25wt% 及 0.3 wt% 之溶液再置於搖擺機內加熱至 60 o C 溶解即可。
3. 旋轉塗佈 (Spin Coating) 製備薄膜，旋轉塗佈基本上有二段的轉速，第一段轉速主要是使高分子溶液在 ITO 玻璃上能夠分佈均勻，而第二段轉速控制薄膜的厚度，轉速分別為 1000 rpm's 及 2000rpm's 。
4. 將塗佈完成之薄膜置於去離子水中 24 小時，以除去路易士酸使薄膜純化。
5. 然後放入高溫真空烘箱中 (60 o C 、 10 -3 torr)24 小時乾燥，即可得到我們實驗中所需之高分子薄膜。
6. 真空蒸鍍，以 鋁 (Al) 為蒸鍍金屬，其熔點為 660 o C ，汽化溫度為 2000 o C ，工作函數為 4.28 eV ，厚度 50nm 。
7. 實施 EL 及 I-V 量測。
三、實驗結果：
實驗中以 ITO 玻璃當作電洞注入極， PBO 或 10% MWNT 混摻 PBO 的高分子當作發光層 (EML) ，以金屬 Al 當作電子注入電極形成一三明治層狀結構的發光二極體元件，如圖 3-1 所示。
圖 3-1 單層結構之有機發光二極體
1.I-V 量測：
本實驗所用的 Keithley ® 237 ，主要是提供穩定而漸增的電壓，來量測發光二極體之電流與電壓的關係曲線 (I-V curve) 。
實驗中以 -6V 至 6V 之電壓觀察其 I-V 曲線，如圖 3-2 ， PBO 之起始電壓為 4V ， PBO-MWNT 則顯示為一類似歐姆接觸的曲線，無明顯之起使電壓可供觀察，因此假設奈米碳管摻雜在 PBO 中扮演著導體的角色，使 PBO 之半導體特性降低，接近於金屬導電現象（歐姆接觸）；因此我們利用不同的 PBO-MWNT 溶液濃度，分別為 0.25wt% 與 0.3wt% 做比較，如圖 3-3
圖 3-2 PBO 與 PBO-MWNT 之 I-V 曲線圖
圖 3-3 0.3wt ％與 0.25wt ％之 PBO-MWNT 的 I-V 曲線圖 不同濃度之 PBO-MWNT 其 I-V 曲線圖，與傳統之二極體 I-V 曲線，不同，無明顯之起始電壓，亦不完全是歐姆接觸的直線，然濃度愈高起始電壓值愈小，在實驗步驟 4 中去酸化的目的在使路易士酸脫離溶液，乾燥後薄膜中之奈米碳管之含量不論所配溶液之濃度如何？其摻雜之比例在 PBO 中皆為 10 ％，然 PBO 分子為共線、共平面之液晶型態，在濃度較高時，其排列方式因為液晶濃度到達某一定值時，會有局部排列整齊的特性，因此濃度愈高其排列愈整齊，增加奈米碳管在其中之導電特性。
2.EL （ electroluminescence ）量測：
共軛高分子電致光發光原理，主要是對發光二極體元件，施加電壓後，電子從負極中注入發光層中，形成負偏極子 (polaron) ，電洞由正極中注入發光層中，形成正偏極子，在外加電場下，正負偏極子往相對方向移動，並在高分子發光層 (EML) 中結合形成單態激子，其中有部份會以放光形式釋放出多餘能量回到基態，此即稱之為電致光 (EL) 。
實驗中分別對不同的發光元件做的電致光量測， ITO/PBO/Al 以 PBO 為高分子發光層其光譜圖如圖 3-4 ， TO/PBO-MWNT/Al 以 PBO-MWNT 為發光層其光譜圖為圖 3-5 ，圖 3-4 以不同電壓激發所得之 PBO 之光譜圖，其波長之最大峰值值為 540nm ，圖 3-5 以 PBO-MWNT 為發光層其波長之最大峰值值亦為 540nm; 然以奈米碳管摻雜在高分子 PBO 之中，在低電壓時，奈米碳管之非線性光學特性，受到低電壓作用發出波長約 620nm 至 640nm 的橙色光，當電壓持續增加，使 PLED 完全發光後，其主要峰值仍位於 540nm ，惟其頻帶較 PBO 光譜為寬。
3. 掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscopy) 觀測
掃描式電子顯微鏡，是利用電子束撞擊試片，激發出各種電子訊號，以分析材料表面之影像及組成， SEI (secondary electron image) 主要是利用電子束入射至試片後所產生之二次電子來觀察物體表面型態，放大倍率可從 10 倍至 10 萬倍。實驗中分別以 10000 及 43000 倍率，觀察 PBO 中是否摻雜奈米碳管，及其大小。如圖 3-6 ， 3-7 。
圖 3-4 以 PBO 為高分子發光層其光譜圖 
圖 3-5 以 PBO-MWNT 為高分子發光層其光譜圖
圖 3-6 放大倍率為 10000 倍之 PBO/MWNT 之 SEM 圖。
圖 3-7 放大倍率為 43000 倍之 PBO-MWNT 之 SEM 圖。 四、 結論：
本次實驗中所使用之材料為美國空軍實驗室中所提供，其摻雜奈米碳管高達 10 ％，是現今摻雜奈米碳管濃度最高之材料。實驗結果，在 PBO 中摻雜奈米碳管，因其具導電性，對 PBO 之二極體 I-V 曲線，產生於近乎金屬與二極體之間的電子特性，然其對 PBO 之光性卻絲毫不受影響，惟其在二極體未完全發光時，奈米碳管會受電壓作用產生非線性光學的發光現象，其波長大小與奈米碳管管發光之機制，仍值得研究探討，此外奈米技術一日千里，在奈米世界中仍有許多有趣及值得我們深入研究。
參考文獻 :
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