納米色料簡單地說，是指染料以分子狀態分散並固定在納米尺寸的交聯聚合物粒子中而得到的納米複合物。從廣義上講，尺度上小於100nm 的顏料粒子、染料或顏料的複合物及其分散體系都可稱之為納米色料。它可以整合顏料優良的耐久性(耐光耐候、耐水耐溶劑)、熱穩定性以及染料優異的顏色亮度和深度、加工性等優點。納米色料除了在高性能聚合物材料、塗料/塗層、高檔化妝品等方面的著色套用上具有較大優勢之外，納米色料及其水性分散體最直接的優勢套用體現在彩色噴墨列印等領域，很可能給彩色印像業帶來革命性變革
基本介紹
- 中文名：納米色料
- 外文名：Nano pigment
納米色料的套用研究
對於納米色料的套用研究，當前文獻報導中提到的主要集中在噴墨列印油墨、靜電色粉、塑膠著色、LCDs彩色濾光片的彩色光阻劑、化妝品、塗料著色、紙張和織物塗層等方面，不再詳述。雖然目前對於有機顏料/染料的光電功能套用研究相當多 ，但專門針對納米色料在光電套用方面的研究文獻報導非常少。有機染料/顏料除了傳統的染色、著色用途外，還在高新技術上具有廣闊的套用領域。比如套用於信息記錄與顯示材料如各種光碟、LCDs彩色濾光片用彩色光阻劑以及光、熱、電致變色材料；有機電致發光材料如最新一代顯示器技術的有機發光二極體(OLED)等；電子照相材料如有機光導鼓(OPC)材料，各種印表機耗材用色料、靜電色粉等；能量轉換與儲存材料如太陽能電池用色料、太陽能存儲用色料以及雷射染料等；生物醫學用色料如螢光探針用色料、光動力治療用色料等。
納米材料已經滲入到光電套用領域：大家熟知的染料敏化納米晶體太陽能電池(NPC電池)就是利用納米晶體半導體(SiO2)膜的納米表面效應，敏化染料能夠以單分子層吸附於納米半導體電極上並具有巨大表面積，這樣就可以同時提高光電轉化量子效率和光捕獲效率，從而大大提高光電轉化效率 ；LAPS法製備納米顏料用於OPC的製作等。納米色料跟其他的納米材料一樣，應該具有許多奇特或反常的物理化學性能，有待廣大研究者努力探索研究。
1.在太陽能電池上的套用
(1)p-n異質結型電池上的套用
p-n異質結型電池雖然光電轉換效率比染料敏化電池的低，但具有製作簡便、成本較低並且通過染料/顏料層成膜改進可以進一步提高其光電效率等優點，是太陽能電池的一種基本形式。目前最常用的顏料成膜方法是真空升華法(蒸鍍法)，這樣形成的膜緻密且有規則性，光電轉換率低。
Harima等發現用膠束破裂法(micellardisruption，MD)製備酞菁(Pc)電極的ITO/Pc/-I電池，其能量轉換率是蒸鍍法製備的Pc電極電池的60倍。Ishida等以酞菁作為p型半導體，茈作為n型半導體，採用光催化沉積法(photoeatalytiedeposition，PCD)把較細的酞菁粒子沉積在較大苝粒子形成的疏鬆膜上製備了具有漸變區/混合區的互穿插型p-n異質結膜。以上兩種方法成膜的優點是顏料粒子可以疏鬆、隨機充填，為有效的光致電子生成提供了必要的空間分布界面，以及兩種顏料與各自匹配電極問的良好連結性，使得載流子得以流暢傳輸，因此這種結構的電池光電轉換率可以達到幾個百分點。根據以上的研究，可以構想利用LAPS法，選擇合適的P和n型有機顏料半導體製備兩種不同尺寸的納米色料分散體，套用於p-n異質結型電池異質結成膜，很有可能產生類似的可大大提高光電轉換率的效應。
(2)全固態染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells，DSC)上的套用
長期以來，染料敏化太陽能電池大多利用液態電解質中的電子給體來使氧化態染料還原再生(起到相當於空穴傳輸的作用)，但液態電解質存在一些難以克服的缺陷。因此，用固態空穴傳輸材料(也被稱為固體電解質)製備全固態染敏電池成為了新的研究重點。所謂全固態染敏電池實際上是染料敏化的多相結電池，主要含多孔二氧化鈦膜、染料、空穴傳輸材料和一些添加劑等，工作過程中並不發生電化學反應，所以把這種電池稱為染料敏化異質結電池(dye-sensitized heterojunction solar cels，DSH電池)更為恰當。其中空穴傳輸材料一般是P型半導體，主要包括導電聚合物在內的三大類，對其主要要求是較好的空穴傳導率、能用適當方法成膜成層、能夠良好填充多孔TiO2的粗糙表面並與染料層良好接觸等。一些聚合物如聚乙烯咔唑、聚矽烷、聚吡咯、接枝三芳胺側鏈改性聚苯乙烯、聚苯乙烯摻雜p-二芳氨基二苯乙烯(DAS)等也有可能用作固態太陽能電池空穴傳輸材料。假如把一定量具有良好空穴傳導率的染料與適當聚合物摻雜得到的納米產品用於固體電解質，有可能實現容易成層、提高空穴傳導率、增強其與敏化染料的接觸等要求，從而為製備優質的DSH電池固體電解質開闢一條新途徑。
2.套用於有機電致發光材料(organic electroluminescence，OEL)
OEL材料用於製造有機發光二極體OLED，OLED顯示技術已被公認為可以取代LCDs的最新顯示技術。有機材料的電致發光機理已經很成熟，不再詳述。為了提高發光效率，首先必須提高激子生成效率，這是從提高空穴和電子的注入效率和平衡載流子的傳輸速率兩方面人手，所以往往將器件做成雙、三、多層結構。三層結構是目前最常採用的結構，中心層為發光材料層，兩邊為空穴注入/傳輸層和電子注入/傳輸層。其中目前用作空穴傳輸材料(HTM)的大多是三芳基胺類。三芳基胺類空穴傳輸層薄膜在通電時發熱易結晶，這是導致OEL器件亮度衰減的重要原因之一。在氧化銦錫(ITO)陽極與空穴傳輸層之間加入空穴注入層可降低兩者的界面勢壘而提高器件穩定性。所以設計與合成新的HTM的重點要求是：熱穩定性高、與陽極界面勢壘小、易成膜。把低分子HTM摻雜到惰性高分子中得到HTM分子的聚合物固溶體(濃度一般為20-40wt%)，可以提高空穴傳輸速度 。已經開發的HTM除了芳香多胺類還有咔唑和吡唑啉衍生物、苯乙烯類、腙類、嗯唑類等，材料的高分子化是其發展的一個方向。
如果利用本身具有一定空穴傳輸性質的聚合物與合適的低分子HTM以及空穴注入層材料(如銅酞菁等 )三者摻雜複合成納米材料，所得產物可通過懸塗或浸塗成膜形成空穴傳輸薄膜，既具有聚合物的較高 又把空穴傳輸和注入層摻合在一起，這樣很可能對解決熱穩定性和降低界面勢壘這兩個問題都有所幫助。
3.套用於有機固體雷射染料
現在大多數的染料雷射器用的是若丹明類染料，香豆素衍生物、多甲川類染料、苯乙烯基染料、脂溶性茈類、聯苯類等也可用作雷射染料 。固體雷射染料與液體雷射染料相比，由於存在緊密性、可加工性、無毒、不易燃、無蒸發、易於器件集成化等顯著優勢而日益受到重視。上世紀8O年代以前，固體雷射染料的製造以染料摻雜到PMMA或PMMA+PHEMA得到複合物的方法為主，雖然對聚合物基質的改性大幅度提高了基質的雷射損耗抗阻，但該體系的光穩定性很差。90年代中期後，國外報導將雷射染料與甲基丙烯酸甲酯，羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)共聚得到了性能優良的固體雷射染料。其中聚合物骨架可以給未轉化為輻射能的剩餘吸收能提供額外的轉移通道，避免了染料的過早降解，提高其光穩定性和雷射輸出效率。但要實現染料與這些聚合單體的共聚需要對染料進行較複雜的化學改性等過程。
選擇適當的聚合單體及光穩定劑，對合適的雷射染料進行細乳液聚合納米化處理，得到的水性分散體可以直接形成固體雷射染料薄膜，這樣就很可能獲得上述固體雷射染料的優點而又克服其不足。這或許是一種簡單有效的獲得新的性能優良固體雷射染料的途徑。
