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1、Chapter four Electroactive Polymers第四章 PLED大学材料科学与工程PLE课件 Outline电致发光高分子材料电致发光高分子材料Electroluminescent Polymer Materials聚合物发光二极管聚合物发光二极管polymer light-emitting diode (PLED)电致变色高分子材料电致变色高分子材料Electrochromic Polymer Materials高分子驻极体高分子驻极体Polymeric Electret历史历史机理机理优点优点结构组成结构组成制备制备大学材料科学与工程PLE课件Section 1 电电
2、致发光高分子材料致发光高分子材料大学材料科学与工程PLE课件1977本征本征导电高分子高分子 Discovery of inherent conductive polymers1990s 聚聚对苯乙炔的苯乙炔的电致发光现象电致发光现象 Poly(p-phenylenevinylene) (PPV): first conjugated polymer exhibiting electroluminescence Late 1990s 发现发蓝光的材料，全光的材料，全显示成示成为可能可能 Development of blue emitting polymer materials Full col
3、or display became possible一、电一、电致发光高分子的历史致发光高分子的历史大学材料科学与工程PLE课件u载流子u激子u单线态与三线态u磷光和荧光u电致发光的量子效率u载流子注入效率二、与发光机理相关的基本概念二、与发光机理相关的基本概念大学材料科学与工程PLE课件u载流子空穴和电子u激子处于激发态能级上的电子与处于价带的空穴通过静电作用结合形成的高能态中性离子。大学材料科学与工程PLE课件基态与激发态基态与激发态u基态电子都处于尽可能低的能量状态，同一能级尽量分占不同的轨道且自旋方向相同，在同一轨道成对排布时自旋方向要相反。u要使电子从低能轨道跃迁到高能轨道，必须供给
4、能量。如果能量能满足电子所需能量时，电子便有可能从能量较低的轨道进入能量较高 的 轨 道 ， 这 叫电 子 的 跃 迁。大学材料科学与工程PLE课件单线态与三线态单线态与三线态u如图所示的（2），此时分子的电子排布违反了两条排布原则，处于单线激发态。u如图所示的（3），此时分子的电子排布违反了一条排布原则，处于三线激发态。大学材料科学与工程PLE课件激发激发荧光荧光非光非光 耗散耗散磷光磷光单线单线激发激发态态三线激发态三线激发态电致发光材料中的能量传输电致发光材料中的能量传输基态基态大学材料科学与工程PLE课件磷光及荧光u物质受到外来光线、电子、高能粒子的照射时，就会发光如果照射引起物质原子
5、外层电子扰动，电子受激后向低能级跃迁，就可发射包括红外线、紫外线和可见光。u当照射停止后，发光仍能持续一段时间，余辉在10秒以上的称磷光。余辉在10 秒以下的称荧光。u电致发光中磷光并不明显，荧光构成发光的主体。大学材料科学与工程PLE课件荧光和磷光都是电子从激发态回到基态的电磁辐射（发光）现象。通常指寿命短的（107-108秒）为荧光，中断供能，立即停止发光，而寿命长的为磷光，中断供能仍能持续发光。供能方式有：（1）光频发射（光致发光）；（2）阴极射线、X-射线及其它高能粒子的辐射；（3）电场引发的场致发光（材料？材料？）大学材料科学与工程PLE课件家用日光灯的玻璃管内涂有卤磷酸钙Ca5(P
6、O4)3(F,Cl): Sb3+,Mn2+萤光粉，在汞蒸汽机辉光放电产生的紫外线照射下放出较宽波长的可见光。（早期）彩色电视显象管使用的荧光粉是Zn1-xCdx:AgCl，当时发红色荧光。大学材料科学与工程PLE课件u电致发光的量子效率电致发光的量子效率发出荧光的能量与与激发过程总能量的比值u载流子注入效率载流子注入效率正负极注入载流子的有效程度，与正负极材料有关。应选用高功函高功函的阳极材料和低功函的阴极材料的阳极材料和低功函的阴极材料。u功函是指在功函是指在0K从样品中移走一个电子所需要从样品中移走一个电子所需要的最小能量的最小能量大学材料科学与工程PLE课件聚合物电致发光机理1.载流子的
7、注入载流子的注入从阴极和阳极注入从阴极和阳极注入2.载流子的载流子的迁移电子迁移电子和和空穴空穴分别向分别向发光层迁移发光层迁移3.载流子的载流子的空穴空穴和和迁移电子迁移电子在发光层中相遇复合并在发光层中相遇复合并产生产生激子激子4.激子将能量传递给发光分子并激发电子从基态跃迁到激子将能量传递给发光分子并激发电子从基态跃迁到激发态激发态5.电致发光激发态能量电致发光激发态能量通过辐射耗散产生光子通过辐射耗散产生光子释放出光释放出光能能大学材料科学与工程PLE课件从负极注入的电子与从正极注入的空穴复合成激子，从负极注入的电子与从正极注入的空穴复合成激子，激子从高能态回到低能态，发出荧光激子从高
8、能态回到低能态，发出荧光发光机理发光机理Mechanism of light emitting大学材料科学与工程PLE课件大学材料科学与工程PLE课件优点可以点可以实现纯正的正的红绿蓝显色色实现全全谱带发光光Pure red, green, and blue emissionAchieve a full color display低低压驱动，超薄超超薄超轻，制作制作简单响响应速度快速度快大学材料科学与工程PLE课件结构结构Structure of PLED cellMulti-layering OLED materialsWith various degrees of electron / h
9、ole mobilityIncrease the probability of electron-hole recombinationImprove electroluminescent efficiency 大学材料科学与工程PLE课件阴极阴极 / 阳极材料阳极材料阳极阳极AnodeITO (In-Sn2O3)Al-Al2O3PAni阴极阴极CathodeCaAlMgZnCrAlloys of these metals 大学材料科学与工程PLE课件电子传输材料电子传输材料Electron transport materials电子流动性好电子流动性好High electron mobilit
10、yIncorporation of electron deficient nitrogen atoms大学材料科学与工程PLE课件八羟基喹啉的金属络合物八羟基喹啉的金属络合物大学材料科学与工程PLE课件空穴注入材料空穴注入材料Hole injection materials空穴流动性好空穴流动性好High hole mobility电荷离域性强电荷离域性强Facilitate charge delocalizationPoly-p-phenylenevinylene (PPV) Poly(vinylcarbazole) (PVK)Poly(aniline) (PAni)Poly(3,4-eth
11、ylene dioxy thiophene) (PEDOT) 大学材料科学与工程PLE课件发光材料的结构发光材料的结构Chemical structure & composition of light emitting polymers主链发光材料主链发光材料Main chain LEPsLight-emitting groups in the main chain侧链发光材料侧链发光材料Side chain LEPsLight-emitting groups in the side chains大学材料科学与工程PLE课件主链发光材料主链发光材料大学材料科学与工程PLE课件大学材料科学与工程
12、PLE课件Substitutions R1, R2, R3 , R4, R5, R6Tune charge-transport characteristics Adjust the color of emitted lightEnhance solubility通过调节取代基调节电荷的传输性质通过调节取代基调节电荷的传输性质调节发光颜色范围调节发光颜色范围加强材料的溶解性加强材料的溶解性大学材料科学与工程PLE课件Adding electron-donating groups to the PPV chain red-shifts its light emission to orangeAdd
13、ing electron-accepting groups gives a blue shift增加增加给电子基子基团发生生红移移增加吸电子基团发生蓝移增加吸电子基团发生蓝移大学材料科学与工程PLE课件Poly(p-phenylenevinylene) (PPV) derivatives常见的电致发光高分子材料常见的电致发光高分子材料Light emitting polymers彩色表示其发光颜色大学材料科学与工程PLE课件大学材料科学与工程PLE课件Polythiophene (PTh) derivatives大学材料科学与工程PLE课件Polyphenylene & its derivat
14、ives大学材料科学与工程PLE课件Main chain LEPs with light-emitting groups & flexible spacersin the main chain大学材料科学与工程PLE课件Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chainsAdvantagesA variety of possible pendant moleculesChemical stabilityEase of processability大学材料科学与工程PLE课件大学材料科学与工程PLE课件如何调节发光性？改变取代基增加给电子基团发生红移增加给电子基团发生红移增加吸电子基团发生蓝移增加吸电子基团发生蓝移改变共轭链的长短部分共轭可以获得更大的量子效率，抑制了非光耗散部分共轭可以获得更大的量子效率，抑制了非光耗散掺杂剂改变了能量传递的效率和浓度，改变器件的发光光谱改变了能量传递的效率和浓度，改变器件的发光光谱大学材料科学与工程PLE课件Related web siteshttp:/
