【正文】 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 第五章 有機(jī)光電材料 Chapter 5 Organic photoelectric materials 第七次課 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 人類因生產(chǎn)勞動(dòng)的需要 ， 而創(chuàng)建了材料和材料科學(xué) 。 材料的發(fā)展和應(yīng)用 , 是一個(gè)時(shí)代進(jìn)步和文明的標(biāo)志 。人類經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月 ， 從石器時(shí)代 —青銅器時(shí)代 —鐵器時(shí)代莫不如此 。 有關(guān)材料的研究也逐步向精細(xì)化 、 功能化轉(zhuǎn)變 ，如材料 功能材料 光電功能材料；高分子材料 功能高分子材料 光電功能高分子材料 ， 等等 。 21世紀(jì)是科學(xué)突飛猛進(jìn)的世紀(jì) 。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 , 各種不同結(jié)構(gòu)的新材料大量涌現(xiàn) ， 功能也逐漸多樣化 。 如高分子材料；半導(dǎo)體材料；特殊金屬和陶瓷材料；復(fù)合材料；雜化材料及智能材料等 。 其構(gòu)成蔚為壯觀 ， 為材料科學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ) 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 光功能材料是指在外場(chǎng) （ 如光 、 電 、 磁 、熱等 ） 作用下 ， 利用材料本身光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的原理 ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光信號(hào)的探測(cè) 、 調(diào)制及能量或頻率轉(zhuǎn)換作用的光學(xué)材料 。 光功能材料是以光為驅(qū)動(dòng)力的功能材料體系 。 在初始階段 ， 人們稱之為光響應(yīng)性材料 （ Photoresponse materials） 。 近年來(lái)出現(xiàn)的在信息科學(xué)和 IT 工業(yè)中有著巨大意義的學(xué)科 —光信息材料科學(xué)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 。 第一部分、光功能材料 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 (1)按結(jié)構(gòu)組成分類 ① 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)光功能材料 ， 如光纖材料 。 往往由單一組分構(gòu)成 ， 表現(xiàn)出一種簡(jiǎn)單的功能 。 ② 復(fù)雜結(jié)構(gòu)光功能材料 ， 如光折變材料等 。 由幾種組分復(fù)合而成 ， 表現(xiàn)出全新 、 復(fù)雜的高級(jí)功能 。 為幾種功能組成的集成體系 。 (2)按應(yīng)用目的分類 可分為光電材料 、 電光材料 、 磁光材料 、 彈光材料 、 聲光材料 、 熱光材料 、 非線性光學(xué)材料及激光材料等 。 事物的發(fā)展總是由低級(jí)發(fā)展到高級(jí) 。 人們的認(rèn)識(shí)也是不斷發(fā)展 、 不斷提高的 。 材料科學(xué) ， 由結(jié)構(gòu)材料向功能材料發(fā)展 ， 在不斷的前進(jìn)著 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 有機(jī)光電材料是指具有光電轉(zhuǎn)換功能的有機(jī)材料 。 ① 早期 (二十世紀(jì) 50到 80年代中期 ) 高電壓 、 低亮度 、 低效率光電材料 （ 蒽單晶1963） ； ② 中期 (19871990年 ) 美國(guó) Eastman Kodak公司的鄧青云和 Vanslyke開(kāi)創(chuàng)性的工作 ， 有機(jī) EL器件雛形形成 。 ③ 近期 (1990以后 ) 英國(guó)劍橋大學(xué)的 Burroughs等人成功地用聚苯撐乙烯 (PPV)的預(yù)聚體制成薄膜 ， 制成了單層結(jié)構(gòu)聚合物電致發(fā)光器件 (EL） 。 關(guān)于有機(jī)光電材料的研究已成為熱點(diǎn)課題 。 一、光電材料 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ① 空穴傳輸材料 有機(jī)芳香多胺類化合物 ， 結(jié)構(gòu)中的氮原子具有很強(qiáng)的給電子能力 ， 電子不間斷給出 ， 表現(xiàn)出空穴遷移特性 。 如 NPD和 HTM2。 ② 電子傳輸材料 具有大的共軛平面的芳香族化合物 ， 能有效地傳遞電子 ， 有較好的接受電子的能力 。 如 PBD和DPVBi。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ③ 小分子發(fā)光材料 有些有機(jī)小分子本身就具有發(fā)光功能 ， 如六苯并苯 、 紅熒烯和 TPCP。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ④ 高分子光電轉(zhuǎn)換材料 有些主鏈共軛或非主鏈共軛的高分子具有光電轉(zhuǎn)換功能 。 主鏈共軛型的如聚二烷基芴 、 PPV等 。 非主鏈共軛高分子如N,N二苯基甲基丙烯酰胺等 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ⑤ 修飾化高分子光電轉(zhuǎn)換材料 如將 PPV修飾轉(zhuǎn)化為 MEHPPV， 其光電轉(zhuǎn)換能力有所提高 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ⑥ 材料復(fù)合 功能耦合高分子光電轉(zhuǎn)換材料 美國(guó)加州大學(xué)俞剛博士將 MEHPPV作為電子給體 ， C60為電子受體 ， 構(gòu)成 DA型光電池 ， 其光電轉(zhuǎn)換能力大幅度提高 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ⑦ 高分子復(fù)合物光電轉(zhuǎn)換材料 如將 MEHPPV和另一個(gè) PPV的衍生物 CNPPV配合使用 ， 組成了 DA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光電池 ， 光電轉(zhuǎn)換能力進(jìn)一步提高 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 ⑧ 半菁類有機(jī)小分子光電轉(zhuǎn)換材料 典型結(jié)構(gòu)： ⑨ 修飾性半菁類有機(jī)小分子光電轉(zhuǎn)換材料 以推電子基團(tuán)對(duì)電子給體或拉電子基團(tuán)對(duì)電子受體進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾 ， 結(jié)果表明：電子給體的推電子或電子受體的拉電子能力越強(qiáng) ， 其光電轉(zhuǎn)換性能越好 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 推電子修飾基 拉電子修飾基 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 當(dāng)在電子給體和電子受體之間加入共軛橋時(shí) ，對(duì)光電轉(zhuǎn)換時(shí)間有延長(zhǎng)作用 。 光電轉(zhuǎn)換材料是一種能將光通過(guò)一定的物理或化學(xué)方法變成電能的功能材料 ， 是材料科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn) 。 光電轉(zhuǎn)換材料最重要的用途是制作太陽(yáng)能電池 。 以往的硅太陽(yáng)能電池成本昂貴 、 工藝復(fù)雜 、 材料要求苛刻 。 而有機(jī)光電池則潛在低成本 、 重量輕 ，且在分子水平上具有可設(shè)計(jì)性 。 其機(jī)理為 光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng) 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 二、電光材料 電致發(fā)光 (electroluminescent)， 又可稱電場(chǎng)發(fā)光 ，簡(jiǎn)稱 EL， 是通過(guò)加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場(chǎng) ， 被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心 ， 而引致電子解級(jí)的躍進(jìn) 、變化 、 復(fù)合 ， 導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象 。 有機(jī)電致發(fā)光材料按化合物的分子結(jié)構(gòu)一般可分為兩大類 :有機(jī)小分子化合物和高分子聚合物 。 有機(jī)小分子化合物分子量為 500?2022， 能夠用真空蒸鍍方法成膜；高分子聚合物分子量為 10000?100000， 通常是具有導(dǎo)電或半導(dǎo)體性質(zhì)的共軛聚合物 ， 能用旋涂和噴墨打印等方法成膜 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 從分子結(jié)構(gòu)出發(fā) ， 有機(jī)小分子發(fā)光材料又可以分為純有機(jī)小分子和金屬配合物兩類 。 用于電致發(fā)光研究的有機(jī)小分子具有 化學(xué)修飾性強(qiáng) 、 選擇范圍廣 、 易于提純 、 熒光量子效率高 以及可以產(chǎn)生 紅 、 綠 、 藍(lán) 等各種顏色的光等特點(diǎn) 。 由于大多數(shù)有機(jī)染料在 固態(tài)時(shí) 存在 濃度淬滅 等問(wèn)題 ， 導(dǎo)致 發(fā)射峰變寬 、 光譜紅移 、 熒光量子效率下降 。 所以 ， 一般將它們以 低濃度的方式摻雜 在具有某種載流子性質(zhì)的主體中 。 大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 Prof. Dr. . Liu 精細(xì)有機(jī)材料 在 OLED研究中 ， 藍(lán)色發(fā)光材料是必需的