功能高分子材料课件第四章PLE.ppt

Chapter four Electroactive Polymers,Outline,电致发光高分子材料 Electroluminescent Polymer Materials 聚合物发光二极管 polymer light-emitting diode (PLED) 电致变色高分子材料 Electrochromic Polymer Materials 高分子驻极体 Polymeric Electret,历史 机理 优点 结构组成 制备,Section 1 电致发光高分子材料,本征导电高分子 Discovery of inherent conductive polymers 1990s 聚对苯乙炔的电致发光现象 Poly(p-phenylenevinylene) (PPV): first conjugated polymer exhibiting electroluminescence Late 1990s 发现发蓝光的材料，全显示成为可能 Development of blue emitting polymer materials Full color display became possible,一、电致发光高分子的历史,载流子 激子 单线态与三线态 磷光和荧光 电致发光的量子效率 载流子注入效率,二、与发光机理相关的基本概念,载流子空穴和电子 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。,基态与激发态,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。 要使电子从低能轨道跃迁到高能轨道，必须供给能量。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。,单线态与三线态,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。 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。,激发,荧光,非光 耗散,磷光,单线激发态,三线激发态,电致发光材料中的能量传输,基态,磷光及荧光,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。 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。 电致发光中磷光并不明显，荧光构成发光的主体。,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？）,家用日光灯的玻璃管内涂有卤磷酸钙Ca5(PO4)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。,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 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。应选用高功函的阳极材料和低功函的阴极材料。 功函是指在0K从样品中移走一个电子所需要的最小能量,聚合物电致发光机理,载流子的注入从阴极和阳极注入 载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移 载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生激子 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 电致发光激发态能量通过辐射耗散产生光子释放出光能,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,发光机理Mechanism of light emitting,优点可以实现纯正的红绿蓝显色实现全谱带发光 Pure red, green, and blue emission Achieve a full color display 低压驱动， 超薄超轻， 制作简单 响应速度快,结构Structure of PLED cell,Multi-layering OLED materials With various degrees of electron / hole mobility Increase the probability of electron-hole recombination Improve electroluminescent efficiency,阴极 / 阳极材料,阳极Anode ITO (In-Sn2O3) Al-Al2O3 PAni,阴极Cathode Ca Al Mg Zn Cr Alloys of these metals,电子传输材料Electron transport materials 电子流动性好High electron mobility Incorporation of electron deficient nitrogen atoms,八羟基喹啉的金属络合物,空穴注入材料Hole injection materials 空穴流动性好High hole mobility 电荷离域性强Facilitate charge delocalization,Poly-p-phenylenevinylene (PPV),Poly(vinylcarbazole) (PVK),Poly(aniline) (PAni),Poly(3,4-ethylene dioxy thiophene) (PEDOT),发光材料的结构 Chemical structure & composition of light emitting polymers,主链发光材料Main chain LEPs Light-emitting groups in the main chain 侧链发光材料Side chain LEPs Light-emitting groups in the side chains,主链发光材料,Substitutions R1, R2, R3 , R4, R5, R6 Tune charge-transport characteristics Adjust the color of emitted light Enhance solubility 通过调节取代基调节电荷的传输性质 调节发光颜色范围 加强材料的溶解性,Adding electron-donating groups to the PPV chain red-shifts its light emission to orange Adding electron-accepting groups gives a blue shift 增加给电子基团发生红移 增加吸电子基团发生蓝移,Poly(p-phenylenevinylene) (PPV) derivatives,常见的电致发光高分子材料Light emitting polymers,彩色表示 其发光颜色,Polythiophene (PTh) derivatives,Polyphenylene & its derivatives,Main chain LEPs with light-emitting groups & flexible spacers in the main chain,Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chains Advantages A variety of possible pendant molecules Chemical stability Ease of processability,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 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,Related web sites /news/98/10