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1、1专题技术报告专题技术报告 光电技术新光电技术新 专题报告专题报告光电技术新专题报告光电技术新专题报告光电技术新专题光电技术新专题这一课程为我们拓宽了光电方向的这一课程为我们拓宽了光电方向的前沿视野，随着时代的发展，光电技术也在不断进行着革前沿视野，随着时代的发展，光电技术也在不断进行着革新与进步，只有不断钻研与研究光电前沿知识，才可以更新与进步，只有不断钻研与研究光电前沿知识，才可以更好的适应社会。以下是本人了解到的一项关于学科前沿的好的适应社会。以下是本人了解到的一项关于学科前沿的技术技术有机复合光电导材料的发展。有机复合光电导材料的发展。在光电技术的近期发展过程中，有机光电导复合材料已在
2、光电技术的近期发展过程中，有机光电导复合材料已经成为当前国际上有机光电材料科学研究的前沿与热点之经成为当前国际上有机光电材料科学研究的前沿与热点之一。而复合化是大幅度提高有机半导体材料光电导性能的一。而复合化是大幅度提高有机半导体材料光电导性能的有效手段。有效手段。激光打印机、静电复印机等电子照相技术的发展激光打印机、静电复印机等电子照相技术的发展,从某种从某种意义上说意义上说,主要依赖于光电导材料主要依赖于光电导材料,特别是有机光电导材料的特别是有机光电导材料的不断发展不断发展,所以有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺所以有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺的高技术材料之一。不少研究结果
3、表明的高技术材料之一。不少研究结果表明,通过不同结构、不通过不同结构、不同组成、不同功能光电导材料的复合同组成、不同功能光电导材料的复合,可使光电导材料的基可使光电导材料的基2本性能得到互补、协同优化与增强本性能得到互补、协同优化与增强,最后得到光电导性能更最后得到光电导性能更优异的材料与器件优异的材料与器件,比如现在国际上主要用吸收波长互补的比如现在国际上主要用吸收波长互补的光电导材料进行分子间纳米、微米级共混复合来制备宽频光电导材料进行分子间纳米、微米级共混复合来制备宽频响材料。因此通过有机光电导材料复合化的研究响材料。因此通过有机光电导材料复合化的研究,以满足上以满足上述要求述要求,就成
4、为国际上必须解决的问题之一就成为国际上必须解决的问题之一,同时有机光电导同时有机光电导材料复合化的研究必将有助于解释和完善有机光电导理论材料复合化的研究必将有助于解释和完善有机光电导理论,为高性能有机光电导材料及器件的设计提供理论基础。为高性能有机光电导材料及器件的设计提供理论基础。诸如典型的偶氮类、酞菁类，以及方酸盐染料、噻盐、诸如典型的偶氮类、酞菁类，以及方酸盐染料、噻盐、蒽醌、吡喃还原二酮、喹吖酮、硫靛蓝、蒽醌、吡喃还原二酮、喹吖酮、硫靛蓝、C60 和聚乙烯咔和聚乙烯咔唑等材料都具有很好的光电导性能。有机光电导材料的复唑等材料都具有很好的光电导性能。有机光电导材料的复合合,一般采用物理方
5、法一般采用物理方法,如如:碾磨、球磨、溶液共沉淀、真空共碾磨、球磨、溶液共沉淀、真空共沉积等方法沉积等方法,使不同的材料以微小颗粒的形态聚集在一起使不同的材料以微小颗粒的形态聚集在一起 ;也可以是层状复合也可以是层状复合,使不同的材料以叠层形式聚集在一起使不同的材料以叠层形式聚集在一起 ;也可以是纳米级、分子级复合也可以是纳米级、分子级复合,使不同的材料以纳米颗粒或使不同的材料以纳米颗粒或分子级水平进行复合分子级水平进行复合;也可以采用化学方法也可以采用化学方法,把两种含有不同把两种含有不同功能基团的分子合成于同一个分子中功能基团的分子合成于同一个分子中,即分子内复合。如果即分子内复合。如果按
6、材料组成成分分类按材料组成成分分类,又可分为有机又可分为有机-有机复合和有机有机复合和有机-无机复无机复合两类。合两类。1.有机有机-有机复合光电导材料有机复合光电导材料不同的酞菁共混复合后不同的酞菁共混复合后,可以形成酞菁共晶体。适当的酞可以形成酞菁共晶体。适当的酞菁共晶体用合适的溶剂处理菁共晶体用合适的溶剂处理,可以得到光敏性较好的材料。可以得到光敏性较好的材料。1988 年汪茫等利用球磨的方法年汪茫等利用球磨的方法,制备了酞菁亚铁和酞菁铜的制备了酞菁亚铁和酞菁铜的3复合光电导材料复合光电导材料,发现其光电导性能得到了大幅度的提高发现其光电导性能得到了大幅度的提高,并并通过红外、通过红外、
7、X 射线衍射证实它们共混复合后形成了新的射线衍射证实它们共混复合后形成了新的复合物复合物,据此提出酞菁类光电导材料的复合是改善该类材料据此提出酞菁类光电导材料的复合是改善该类材料光电导性能的有效途径。接着光电导性能的有效途径。接着,他们又采用球磨法和溶液共他们又采用球磨法和溶液共沉淀法对一系列的酞菁二元共混复合材料进行了广泛的研沉淀法对一系列的酞菁二元共混复合材料进行了广泛的研究究,并采用并采用 TiOPc 与与 NiPc 共混复合材料制成了激光打印双共混复合材料制成了激光打印双层感光体层感光体,显示了优越的打印效果。显示了优越的打印效果。Takamura 等制成了酞等制成了酞菁氧钛与酞菁氧钒
8、的共晶体菁氧钛与酞菁氧钒的共晶体,并用球磨法制备了这种复合酞并用球磨法制备了这种复合酞菁与双偶氮、多环氢醌等一系列复合材料菁与双偶氮、多环氢醌等一系列复合材料,它们在可见光和它们在可见光和近红外光区均有较好的响应。酞菁与偶氮化合物的复合材近红外光区均有较好的响应。酞菁与偶氮化合物的复合材料近来多有报道。偶氮化合物主要在可见光区料近来多有报道。偶氮化合物主要在可见光区(450650nm) 有较好的响应有较好的响应,而某些酞菁而某些酞菁(TiOPc , VOPc , H2Pc 等等) 则在近则在近红外光区红外光区(700900nm) 有较好的响应。利用偶氮和酞菁的有较好的响应。利用偶氮和酞菁的复合
9、复合,可以拓宽光谱响应范围可以拓宽光谱响应范围,更好地满足实际需要。更好地满足实际需要。2.有机有机-无机复合光电导材料无机复合光电导材料有机颜料有机颜料-无机半导体复合材料是最早报道的一类常见的无机半导体复合材料是最早报道的一类常见的有机有机-无机复合光电导材料。无机复合光电导材料。Takada 等通过真空升华法制等通过真空升华法制备了酞菁铜备了酞菁铜 PTiOx(x2) 多层结构有机多层结构有机-无机复合材料无机复合材料,结果结果表明表明,光照后在酞菁铜层产生的载流子光照后在酞菁铜层产生的载流子,在酞菁铜和在酞菁铜和 TiOx 界界面发生分离面发生分离,TiOx 层起了平面内电子传输的作用
10、层起了平面内电子传输的作用,空穴则留空穴则留在酞菁层中在酞菁层中,减少了载流子的再复合几率减少了载流子的再复合几率,提高了载流子对的提高了载流子对的分离效率。多层结构酞菁铜分离效率。多层结构酞菁铜 PTiOx 复合材料制成的光电导复合材料制成的光电导4性能是纯酞菁铜器件的性能是纯酞菁铜器件的 40 倍。倍。Schroeder 等也制备了宽频等也制备了宽频响应响应(450700nm) 和高量子效率和高量子效率(90%) 的衍生物的衍生物DQP/CdS 有机有机-无机复合薄膜材料。无机复合薄膜材料。一维的无机纳米晶体一维的无机纳米晶体-有机半导体复合材料也是一种常见有机半导体复合材料也是一种常见的
11、有机的有机-无机复合光电导材料。无机复合光电导材料。Kagan 等用溶液法制备了等用溶液法制备了CdSe 纳米棒纳米棒(7nm60nm) 和共轭高分子聚和共轭高分子聚(3-辛基噻吩辛基噻吩) 的的复合材料制成的光伏打器件复合材料制成的光伏打器件,因为在高电子亲合势的无机半因为在高电子亲合势的无机半导体和相对低电离势的有机半导体材料之间更容易发生电导体和相对低电离势的有机半导体材料之间更容易发生电荷转移荷转移,而含有高浓度电子态的纳米无机半导体晶体与有机而含有高浓度电子态的纳米无机半导体晶体与有机物之间的电荷转移速率则更加迅速物之间的电荷转移速率则更加迅速,故该复合光电导材料的故该复合光电导材料
12、的量子效率已超过量子效率已超过 54 % ，Zengin 等采用原位聚合法制备了等采用原位聚合法制备了聚苯胺聚苯胺-碳纳米管复合材料碳纳米管复合材料,发现该复合材料的导电率是聚苯发现该复合材料的导电率是聚苯胺材料的胺材料的 10 倍倍,红外光谱和红外光谱和 X 射线粉末衍射测试显示射线粉末衍射测试显示,碳纳碳纳米管和聚苯胺分子之间发生了很强的作用力。另外米管和聚苯胺分子之间发生了很强的作用力。另外,还有把还有把碳纳米管和其它有机半导体材料碳纳米管和其它有机半导体材料,像聚噻吩衍生物及聚亚苯像聚噻吩衍生物及聚亚苯基亚乙烯基亚乙烯(PPV) 等复合等复合,制备新型的有机制备新型的有机-无机复合光电
13、导材无机复合光电导材料。料。3.纳米复合光电导材料纳米复合光电导材料材料的光电导性能受材料表面和界面状态的影响很大。材料的光电导性能受材料表面和界面状态的影响很大。对有机光电导材料进行纳米化对有机光电导材料进行纳米化,增大表面积使其与其它分子增大表面积使其与其它分子之间形成广大的界面之间形成广大的界面,光生载流子的界面传输数量和速率也光生载流子的界面传输数量和速率也因此大为增加因此大为增加,是提高有机光电导材料的光电导性能的有效是提高有机光电导材料的光电导性能的有效5手段。手段。Haskal 等用有机分子束外延生长等用有机分子束外延生长(OMBE)法制备了四酸法制备了四酸二酐二酐(PTCDAP
14、)萘四酸二酐萘四酸二酐(NTCDA)的有机的有机-有机复合量子有机复合量子阱阱,发现发现 PTCDA 的电荷转移激子的电荷转移激子(CT 激子激子)的吸收峰随着膜的吸收峰随着膜厚度的减小而出现蓝移厚度的减小而出现蓝移,其发光光谱也表现出明显的位移其发光光谱也表现出明显的位移,当当PTCDA 膜的厚度从膜的厚度从 50nm 减小到减小到 1nm 时时,其发光强度增其发光强度增加了加了 12 倍倍,从而发现和证实了有机材料中也存在量子尺寸效从而发现和证实了有机材料中也存在量子尺寸效应。应。Yang 等通过改进的液相直接沉淀法成功制备了粒径在等通过改进的液相直接沉淀法成功制备了粒径在4060nm 的
15、唑基偶氮微粒的唑基偶氮微粒,并将并将 唑基偶氮纳米材料与碳纳唑基偶氮纳米材料与碳纳米管复合米管复合,制备了偶氮制备了偶氮-碳纳米管纳米复合材料体系。研究发碳纳米管纳米复合材料体系。研究发现其在可见光区和近红外光区现其在可见光区和近红外光区(470800nm) 均有光谱响应均有光谱响应,光谱响应范围得到了拓宽光谱响应范围得到了拓宽,且在该波长范围内的光电导性能且在该波长范围内的光电导性能有大幅度提高。进一步的研究表明有大幅度提高。进一步的研究表明,偶氮偶氮-碳纳米管纳米复合碳纳米管纳米复合材料引起的光生材料与传输材料之间接触面积迅速增大以材料引起的光生材料与传输材料之间接触面积迅速增大以及复合材
16、料中偶氮向碳纳米管发生的电荷转移及复合材料中偶氮向碳纳米管发生的电荷转移,是偶氮是偶氮-碳纳碳纳米管纳米复合光电导材料体系的光谱响应范围拓宽和光敏米管纳米复合光电导材料体系的光谱响应范围拓宽和光敏性能显著增强的主要物理起因。性能显著增强的主要物理起因。采用各种方法制备的有机纳米复合材料采用各种方法制备的有机纳米复合材料,不仅保持了本征不仅保持了本征材料的光电特性材料的光电特性,更表现出纳米复合材料的各类特殊性质。更表现出纳米复合材料的各类特殊性质。尽管有机纳米复合材料的研究刚刚起步尽管有机纳米复合材料的研究刚刚起步,但它在某些领域但它在某些领域(特特别是光电领域别是光电领域) 已显示出优良的应用前景已显示出优良的应用前景,有机纳米复合材有机纳米复合材6料是制备光电导器件的潜在商用材料。料是制备光电导器件的潜在商用材料。以上便是几种典型的有机复合光电导材料。有机光电导以上便是几种典型的有机复合光电导材料。有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺的高技术材料材料已经成为信息社会不可或缺的高技术材料,随着时代和随着时代和信息技术的发展信息技术的发展,成
