《有机光电材料幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机光电材料幻灯片（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第五章 有机光电材料,Chapter 5 Organic photoelectric materials,第七次课,人类因生产劳动的需要，而创建了材料和材料科学。材料的发展和应用, 是一个时代进步和文明的标志。人类经历了漫长的岁月，从石器时代青铜器时代铁器时代莫不如此 。 有关材料的研究也逐步向精细化、功能化转变，如材料-功能材料-光电功能材料；高分子材料-功能高分子材料-光电功能高分子材料，等等。 21世纪是科学突飞猛进的世纪。随着科学技术的进步, 各种不同结构的新材料大量涌现，功能也逐渐多样化。如高分子材料；半导体材料；特殊金属和陶瓷材料；复合材料；杂化材料及智能材料等。其构成蔚为壮观，
2、为材料科学奠定了坚实的物质基础。,光功能材料是指在外场（如光、电、磁、热等）作用下，利用材料本身光学性质发生变化的原理，实现对入射光信号的探测、调制及能量或频率转换作用的光学材料。 光功能材料是以光为驱动力的功能材料体系。在初始阶段，人们称之为光响应性材料（Photoresponse materials）。近年来出现的在信息科学和 IT 工业中有着巨大意义的学科光信息材料科学就是在此基础上发展起来的。,第一部分、光功能材料,1.光功能材料的分类(1)按结构组成分类简单结构光功能材料，如光纤材料。往往由单一组分构成，表现出一种简单的功能。复杂结构光功能材料，如光折变材料等。由几种组分复合而成，表
3、现出全新、复杂的高级功能。为几种功能组成的集成体系。,(2)按应用目的分类 可分为光电材料、电光材料、磁光材料、弹光材料、声光材料、热光材料、非线性光学材料及激光材料等。 事物的发展总是由低级发展到高级。人们的认识也是不断发展、不断提高的。材料科学，由结构材料向功能材料发展，在不断的前进着。,有机光电材料是指具有光电转换功能的有机材料。,1.发展简史早期(二十世纪50到80年代中期) 高电压、低亮度、低效率光电材料（蒽单晶1963）；中期(1987-1990年) 美国Eastman Kodak公司的邓青云和Vanslyke开创性的工作，有机EL器件雏形形成。近期(1990以后) 英国剑桥大学的
4、Burroughs等人成功地用聚苯撑乙烯(PPV)的预聚体制成薄膜，制成了单层结构聚合物电致发光器件(EL）。 关于有机光电材料的研究已成为热点课题。,一、光电材料,2.有机光电材料的种类空穴传输材料 有机芳香多胺类化合物，结构中的氮原子具有很强的给电子能力，电子不间断给出，表现出空穴迁移特性。如NPD和HTM2。,电子传输材料 具有大的共轭平面的芳香族化合物，能有效地传递电子，有较好的接受电子的能力。如PBD和DPVBi。,小分子发光材料 有些有机小分子本身就具有发光功能，如六苯并苯、红荧烯和TPCP。,高分子光电转换材料 有些主链共轭或非主链共轭的高分子具有光电转换功能。主链共轭型的如聚二
5、烷基芴、PPV等。,非主链共轭高分子如N,N-二苯基甲基丙烯酰胺等。,修饰化高分子光电转换材料 如将PPV修饰转化为MEH-PPV，其光电转换能力有所提高。,材料复合-功能耦合高分子光电转换材料 美国加州大学俞刚博士将MEH-PPV作为电子给体，C60为电子受体，构成D-A型光电池，其光电转换能力大幅度提高。,高分子复合物光电转换材料 如将MEH-PPV和另一个PPV的衍生物CN-PPV配合使用，组成了D-A网络结构光电池，光电转换能力进一步提高。,半菁类有机小分子光电转换材料 典型结构：,修饰性半菁类有机小分子光电转换材料 以推电子基团对电子给体或拉电子基团对电子受体进行结构修饰，结果表明：
6、电子给体的推电子或电子受体的拉电子能力越强，其光电转换性能越好。,推电子修饰基,拉电子修饰基,当在电子给体和电子受体之间加入共轭桥时，对光电转换时间有延长作用。,3.光电转换机理 光电转换材料是一种能将光通过一定的物理或化学方法变成电能的功能材料，是材料科学研究领域的一个热点。光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电池。以往的硅太阳能电池成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。而有机光电池则潜在低成本、重量轻，且在分子水平上具有可设计性。 其机理为光诱导电子转移反应。,二、电光材料,1.概述 电致发光(electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被
7、电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合，导致发光的一种物理现象。 有机电致发光材料按化合物的分子结构一般可分为两大类:有机小分子化合物和高分子聚合物。有机小分子化合物分子量为5002000，能够用真空蒸镀方法成膜；高分子聚合物分子量为10000100000，通常是具有导电或半导体性质的共轭聚合物，能用旋涂和喷墨打印等方法成膜。,从分子结构出发，有机小分子发光材料又可以分为纯有机小分子和金属配合物两类。 用于电致发光研究的有机小分子具有化学修饰性强、选择范围广、易于提纯、荧光量子效率高以及可以产生红、绿、蓝等各种颜色的光等特点。 由于大多数有机染料在固态时存在浓度淬灭等问题
8、，导致发射峰变宽、光谱红移、荧光量子效率下降。所以，一般将它们以低浓度的方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中。,2.有机小分子蓝光材料 在OLED研究中，蓝色发光材料是必需的，其本身可以作为发光层制备三基色之一的蓝光OLED，还可以将其他发光材料掺杂在蓝色发光材料中获得绿色、红色甚至白色发光器件。蓝色发光材料一般具有宽的能隙，且其电子亲和势和第一电离能要匹配。在无机EL中，蓝光材料比较难以获得，而有机染料则可以通过结构修饰得到。 一般来说，蓝色发光材料在化学结构上具有一定程度的共轭结构，但偶极矩不能太大，否则，发光光谱容易红移至绿光区。目前蓝色发光材料主要有只含碳和氢两种元素的芳香型蓝光材料、
9、芳胺类蓝光材料、有机硼类蓝光材料、有机硅类蓝光材料以及其他蓝光材料。,(1)只含碳和氢的芳香型蓝光材料苝类蓝光材料 苝是由Kodak公司用作蓝色发光材料，但它的能级与Alq3的能级不匹配，需要掺杂在发射光谱蓝移的Alq3衍生物Q2Al-OAr中才能获得蓝光OLED。,芳基取代蒽类蓝光材料 1999年，Kodak公司报道了ADN蓝光材料，ADN的HOMO较高，能有效传输空穴，但因空穴传输能力过强使激子在电子传输层A1q3复合发光导致器件色纯度不好。,芴类蓝光材料 C9位芳香取代的三芴(TF)具有很好的形貌稳定性和热稳定性以及高的荧光量子效率，将其制成OLED能发射出纯的蓝光，器件的最大亮度可达5
10、000 cd/m2。外量子效率达2.53%，同时TF具有很好的空穴传输性能。,具有蓝色荧光发射的含有嘧啶螺芴衍生物TBPSF的荧光量子产率为80%，最大发射波长为430 nm。较大的空间位阻使得化合物具有非常好的成膜性和很高的玻璃化转变温度。,二苯乙烯基芳基蓝光材料 TPCP在ITO/TPD/TPCP/Alq3/Al的器件中，器件发射的颜色会随着电场强度的变化而变化，在高电场强度下，器件的发光主要来自TPCP的发射；在低电场强度下，器件的发光主要来自Alq3的发射；当电场强度适中时，可以观察到TPCP和Alq3的共同发射，因此器件的颜色随着电场强度的增大而由绿色变为蓝色。,蓝色发光材料BTP的
11、荧光发射峰为450 nm，星形的树枝状6p也可作为蓝光主体材料应用在OLED中。,芳胺类蓝光材料 芳胺类染料是一类重要的蓝光材料，它通常具有电子传输和(或)空穴传输能力，该类材料大多具有蓝色发光性质。 从化学结构上看，可以将芳胺类蓝光材料分为电子给体-共轭体系(D-)、电子给体-共轭桥-电子给体(D-D)、电子给体-共轭体系-电子受体(D-A)和含氮杂环等几种类型。 具有D-结构的芳胺类蓝光材料：,具有D-D结构的芳胺类蓝光材料：,具有D-A结构的芳胺类蓝光材料：,具有含氮杂环结构的芳胺类蓝光材料：,有机硅类蓝光材料：,有机硼类蓝光材料：,3.有机小分子绿光材料 Kodak公司最早提出的8-经
12、基喹啉铝(Alq3)是几乎满足了有机EL器件对材料提出的所有要求，是一种难得的EL材料。 因此，人们希望进一步的修饰或改变Alq3而获得性能更好的绿光材料。而开发其他纯有机小分子绿光材料的工作相对较少。,香豆素染料 香豆素6是一种激光染料，发射峰值在500 nm处(蓝绿色)，荧光量子效率几乎达到100 %，但高浓度时发生严重自淬灭现象。,喹吖啶酮类绿光材料,具有载流子传输性能的绿光材料 具有空穴传输能力的咔唑衍生物绿色发光材料具有高的玻璃化转变温度180oC，发射峰值在535551 nm范围。,其他有机小分子绿光材料 有机硅、含喹喔环化合物、六苯并苯、咪唑酮、噻吩咯和萘酰亚胺等。,4.有机小分
13、子红光材料 红色发光材料要求其发射峰值大于610 nm，色坐标为(0.64, 0.36)。相对于而言，红色发光材料的进展明显落后，主要原因有：(1)对应于红光发射的跃迁都是能隙较小的跃迁，激发态染料分子的非辐射失活较为有效，这为红光材料的设计增加了困难；(2)在红光材料体系中，存在较强的-相互作用，或者具有强的电荷转移特性，导致明显的浓度淬灭，使许多红色染料固态薄膜发光极弱，甚至不发光；(3)为避免浓度淬火现象的产生，在制备器件时多数采用的掺杂技术虽然解决了器件制备的问题，但也带来其自身无法克服的问题，如主客体材料之问的能量匹配、相分离、载流子传输不平衡等。,第八次课, DCM系列掺杂红光材料
14、 Alq3中DCM掺杂浓度提高，光谱逐渐红移； 当DCM掺杂浓度为0.5时具有最佳的光致发光效率。 但DCM在最佳掺杂浓度(0.5)的情况下，其发射峰值在波长为595 nm处，发光颜色偏黄。,DCJ有一个环状胺基给电子基团，增加了分子的刚性，使发光波长红移2030nm。器件的性能更好，但DCJ染料也存在浓度淬灭现象，OLED效率降低。 与DCJ相比，DCJT在C-1和C-6位置引入了4个甲基，增加了空问位阻，减少了染料之间的相互作用，较好地避免了浓度淬灭。 DCJTB的光谱随着浓度变化而变化，峰值在610640 nm。掺杂浓度达到2 %，荧光强度只下降20 %。将DCJTB掺杂在Alq3中，比
15、用DCJT的流明效率和色度都好，在亮度400 cd/m2下，器件寿命超过5000 h。, “辅助掺杂”类红光材料 红荧烯的能级在Alq3主体与DCJ之间，可以充分利用Alq3-红荧烯-DCJ之间的Forster共振能量转移， 来构建OLED。喹吖啶酮(QAD) 也可用作辅助掺杂剂来构建红色OLED。,其他DCM衍生物掺杂红光材料 迄今为止，具有分子内电荷转移(ICT)化合物的DCM系列染料仍然是一类性能优良的红色发光材料。在研究DCJTB和DCJTI之后，人们不断对DCM进行化学修饰，合成了一系列结构不同的DCM系列衍生物。 a.非对称的D-A结构： 围绕着DCM红光材料的色纯度和自淬灭等问题，不断合成出新受体和新材料。目前报道的二腈基吡喃类受体已有7种。,CHRO1CHRO2和CHRO3发射波长比DCJTB红移了2030 nm。CHRO3组成的红光EL器件最大亮度为850 cd/m2。因为：三苯胺基团的非平面构型，减少了浓度淬灭现象；受体D上的苯环上引入甲基进一步减小分子间的聚集。,
