有机电子学材料及其应用课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,为什么在近若干年来,有机电子学材料及其理论研究会如此快速地发展和方兴未艾？,我们所处的时代，是一个以计算机应用和信息高速公路为特点的信息科学技术时代。这个时代客观上对信息的传导(conduction)、存储(storage/memory)、转换(conversion)、显示(display)等提出了越来越高的要求。,就以信息显示为例，要求显示器件超薄、大屏幕、全色显示等。目前广泛应用的液晶显示,已展现出巨大的优势,功不可灭,但它还是存一些缺点,如视角小、响应速度慢(毫秒级)、温度特性差(不能在低温下使用)等。另外它自身不能发光，需依赖于背投光或环境光得以显示,因而对有机电致发光材料的发展就提出要求,为它展示了广博的发展空间。,为什么在近若干年来,有机电子学材料及其理论研究会如此快速地发,1,有机电子学材料研究的领域：,大体概括有：,有机导体,有机半导体,制成有机晶体管,场效应晶体管(organic field effect transistors),有机聚合物调制器：聚合物热光开关,有机光电传感器，荧光化学敏感器,有机太阳能电池,有机泵浦激光,光致变色材料,光信息存儲,有机非线性光学材料,光信息传输,有机电致发光材料,有机电子学材料研究的领域：大体概括有：,2,热点研究课题：,有机场效应晶体管,光伏打电池,纳米结构与发光材料,自组装分子电子器件,单线态(荧光发射)电致发光材料,三线态发光材料-电致磷光发光材料，稀土掺杂及稀土配合物有机发光材料,聚合物发光材料,低聚物发光材料(oligomer/dendritic materials/hyperbranched materials),热点研究课题：有机场效应晶体管,3,有机电致发光显示技术的特点,1.主动型发光,视角宽(可达170度),2.响应速度快,是液晶显示的1000倍,3.低温性能好,4.可制成可弯曲显示屏和透明显示屏,5.成本相对低,有机电致发光显示技术的特点1.主动型发光,视角宽(可达170,4,有机电致发光材料和器件的应用举例,1.可作液晶显示的背投光,2.电子笔记本显示屏,3.移动电话的便携式显示器,4.实现壁挂式和可卷曲可折叠式显示屏,5.制作大屏幕彩色薄膜电视机,6.实现全固化显示器,经久耐用,在特殊场合下具有应用优势,如在舰船上、飞机、坦克、航天器等经受激烈震动的环境中使用,实现将显示带到野外、带到严寒地区、带到宇宙,7.可用于医疗诊断及安全司法检验(如爆炸物及毒品的检出),发光二极管的称谓：,因为EL器件同时具有整流与发光的特性,所以引用晶体管已有的概念,称它为发光二极管(light emitting diodes,LED),有机电致发光材料和器件的应用举例1.可作液晶显示的背投光,5,有机电致发光研究工作板块,1.有机材料化合物的分子设计、有机合成、结构测定、应用筛选,2.器件的构筑、性能测试,3.工业应用与开发,这是一个系统工程,有机电致发光研究工作板块1.有机材料化合物的分子设计、有机合,6,有机电致发光化合物分子设计的愿景,1.强调创新,关键是性能要出新,而性能来源于化合物的结构,这是有机合成化学家和材料化学家的用武之地,2.合成和储备不同结构和功能的材料,根据具体情况和要求,去进行材料的选择与合理匹配,3.尤其要开发有利于发光器件构筑的材料,真正达到实际的应用和开发,成本要低,有机电致发光化合物分子设计的愿景1.强调创新,7,有机电致发光材料(OELM)的类型,1.金属配合物(Metal Complexes),2.有机小分子化合物(Low Molecular Weight Materials),3.聚合物(Polymer),4.低聚物(Oligomer/Dendrimeric Materials),从发光类型区分：,1.荧光发光材料,单线态材料,2.磷光发光材料,三线态材料,有机电致发光材料(OELM)的类型1.金属配合物(Metal,8,金属配合物发光材料举例,金属配合物发光材料举例,9,优良的OELM应具备的要素,具有较高的荧光和磷光量子效率,具有优良的发光性能,具有优良的载流子传输性能,较好的热稳定性,合适的玻璃化温度,优良的加工性，如好的成膜性或溶解性,合适的能隙(energy gap),优良的OELM应具备的要素具有较高的荧光和磷光量子效率,10,关于三线态发光材料(磷光发光材料),研究开发它的必要性：,只利用单线态发光材料,电致发光器件的内量子效率最高为25%,利用三线态发光材料,电致发光器件的内量子效率,理论上可达100%,磷光发光材料的基本类型：,将具有磷光发射的有机分子与重金属掺杂或与重金属形成配合物,利用重原子微扰效应(自旋轨道耦合作用),使有机分子的室温磷光大大增强,三线态发光材料,往往作为染料掺杂到合适的主体材料中,构成主客体组合，成为的合适的磷光发光材料,关于三线态发光材料(磷光发光材料)研究开发它的必要性：,11,材料研究中经常涉及和需进行测试的指标,1.发光效率,2.发光颜色,3.色纯度,4.发光寿命,5.稳定牲,6.溶解性,7.能量转移性能,8.电子转移性能,9.聚集态下的发光性能,材料研究中经常涉及和需进行测试的指标1.发光效率,12,有机电致发光器件构筑示意图,有机电致发光器件构筑示意图,13,能带理论,在外电场作用下,电子或空穴从电极注入到有机层中,形成带正电或负电的极化子(poloron),极化子在外电场的作用下发生移动,相反电荷的极化子相互作用形成极化子激子(poloron excitor),在发光层中激子通过发射辐射线(发光),而衰减(电子跳跃或者称为弛豫)回到基态,能带理论在外电场作用下,电子或空穴从电极注入到有机层中,形成,14,负极（金属）,正极（ITO）,发射光,负极（金属）正极（ITO）发射光,15,为组成发光器件,需提供的材料种类：,发光材料,电子注入材料,电子传输材料,空穴注入材料,空穴传输材料,电极修饰材料,阻档层材料,为组成发光器件,需提供的材料种类：发光材料,16,材料制备与性能研究举例,有机电致发光材料,以荧光为检测信号的化学传感、识别材料,简介我实验室在该领域的研究工作,材料制备与性能研究举例有机电致发光材料,17,课题背景（一）,电致发光材料,从当前研究结果来看，虽然许多有机电致发光材料已进入商业化的阶段，然而还存在许多缺陷。到目前为止还未选出发光亮度和发光效率高、物化性质稳定、寿命长、驱动电位低、可很好地付诸实用的理想材料。为此我们的研究思路为:针对现有材料存在的问题，进行结构优化和功能化研究，在发光理论创新的基础上，设计开发新颖的、性能优良的有机电致发光材料。,课题背景（一）电致发光材料 从当前研究结果来看，,18,课题背景,（二）,以荧光为检测信号的化学传感、识别材料,有关荧光传感识别材料的研究，虽已取得很大的进展，但还不能满足实际的需要：如只能在有机介质中识别、识别响应信号单一、灵敏度低、识别作用的机理模糊、材料化合物分子复杂等，这在很大程度上限制了材料的实际应用。因此目前的研究应该从以下两个方面进行：一方面明确识别作用的机理，探索新的作用机理；另一方面设计合成具有新的独特响应信号和应用范围宽的材料化合物。,课题背景（二）以荧光为检测信号的化学传感、识别材料,19,三、本学位论文的主要内容,功能材料,目标合成,性能分析,四个有机小分子,五个识别化合物,四个金属络合物,四个有机聚合物,光物理性能,电性能,识别性能,三、本学位论文的主要内容功能材料目标合成性能分析四个有机小分,20,1.四个有机小分子发光材料,（1）,Dyes and Pigments,2005,64:31-34.(SCI核心),1.四个有机小分子发光材料（1）Dyes and Pigme,21,（2）,Spectrochimica.Acta Part A,2004,60:3029-3032.(SCI核心),（2）Spectrochimica.Acta Part A,22,（3）,Spectrochimica.Acta Part A,2005,61:2505-2509.(SCI核心),（3）Spectrochimica.Acta Part A,23,（4）,Spectrochimica.Acta Part A,2006,63:15-20.(SCI核心),（4）Spectrochimica.Acta Part A,24,四个有机小分子发光材料光物理性能研究结果,紫外吸收光谱和荧光发射光谱;,(2)量子产率，能带隙；,(3)溶剂效应；,(4)与电子给体和电子受体的相互作用;,(5)与C60和碳纳米管的相互作用.,四个有机小分子发光材料光物理性能研究结果紫外吸收光谱和荧光发,25,通过筛选，对F-CZV的电致发光性能进行研究：,Submitted and Corrected to,Chemistry of Materials,通过筛选，对F-CZV的电致发光性能进行研究：Submitt,26,2.四个有机聚合物发光材料,（5）,蓝光材料,Journal of Applied Polymer Science,2005,98(1):434-438.(SCI核心),2.四个有机聚合物发光材料（5）蓝光材料 Journal o,27,（6）,红光材料,Polymer;,2005,46(11):3952-3956.(影响因子2.849,SCI核心),（6）红光材料Polymer;2005,46(11):,28,（7）,蓝绿光材料,Journal of Applied Polymer Science,2006,100(2),923-927.(SCI核心),（7）蓝绿光材料Journal of Applied Pol,29,（8）,蓝光材料,Journal of Applied Polymer Science,2007,in press.(SCI核心),（8）蓝光材料Journal of Applied Poly,30,四个有机聚合物发光材料光物理性能研究结果,紫外吸收光谱和荧光发射光谱：,(2)量子产率，能带隙；,(3)溶剂效应；,(4)与电子给体和电子受体的相互作用,(5)与,C,60,和碳纳米管的相互作用,四个有机聚合物发光材料光物理性能研究结果紫外吸收光谱和荧光发,31,3.四个金属络合物发光材料,（9）,红光材料,专利号：ZL200410012446.2（发明专利）,3.四个金属络合物发光材料（9）红光材料专利号：ZL2004,32,（10）,蓝光材料,专利号：ZL200410012447.7（发明专利）,（10）蓝光材料专利号：ZL200410012447.7（,33,（11）,可调材料,Spectrochimica.Acta Part A,2007,Accepted and in press.(SCI核心),（11）可调材料Spectrochimica.Acta P,34,（12）,蓝绿光材料,Spetrochimica Acta Part A,2007,66(4-5):1204-1207.(SCI核心),（12）蓝绿光材料Spetrochimica Acta Pa,35,四个金属络合物发光材料光物理性能研究结果,紫外吸收光谱和荧光发射光谱：,(2)量子产率，能带隙；,(3)溶剂效应；,(4)与电子给体和电子受体的相互作用,(5)与C,60,和碳纳米管的相互作用,四个金属络合物发光材料光物理性能研究结果紫外吸收光谱和荧光发,36,4.五个基于不同作用机理的识别传感材料,（13）,-CD,-CD,-CD,-CD,基于光诱导电荷转移作用机理对,Fe(III)离子,识别的化合物。,Spectrochimica.Acta Part A,，2007,66(3):599-607.(SCI核心),4.五个基于不同作用机理的识别传感材料（