（凝聚态物理专业论文）金属聚合物金属三明治结构中载流子注入与输运的动力学研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 1 9 7 7 年科学家们发现，通过掺杂反式聚乙炔的电导率会急剧提高，可增加 几个甚至十几个数量级，变成良导体。自此，对导电共轭聚合物的研究便引起了 理论和实验工作者的极大兴趣。作为一种新型的功能材料，有机共轭聚合物既具 有金属和半导体的电予特性，又具有聚合物的易加工、柔韧性好、价格低等优点， 成为近年来的研究热点。经过二十余年的发展，许多基于有机聚合物的光电了器 件已经成功制备，如有机发光二极管和光伏电池。这些器件的工作原理一般都是 基于电荷注入、电荷传输以及电子一空穴对复合这些物理过程。由于有机材料中 强的电子一声予相互作用，电子态和晶格态两者相互影响。电荷的注入或光激发 会诱导晶格发生畸变，因此，聚合物中的载流子不再是传统的电子或空穴，而是 电荷的自陷元激发，如孤子、极化子、双极化子、激子或双激子。 2 0 世纪7 0 年代，s u ，s c h r i e f f e r 和h e e g e r 创立了s u - s c h r i e f f e r - h e e g e r ( s s h ) 模型，用半经验的紧束缚方法研究了有机共轭聚合物一聚乙炔的电子结构和光学 性质，取得了巨大的成功。此后，b i s h o p ，s u n , c o n w e l l ，x i e 等人对s s h 哈密顿 进行了修正，研究了各种元激发及它们的某些动力学过程。w u 等人利用非绝热 的分子动力学方法研究了金属聚合物金属三明治结构中极化予形成的动力学 过程。y a h 等人模拟了金属聚合物金属三明治结构中双极化了形成的动力学过 程。f u 等人研究了金属有机聚合物结构中电荷的注入与输运。这些工作的进一 步开展，不仙有助于对导电聚合物微观物理世界的认识，更具有重要的应用价值， 能够推动新型有机聚合物分了器件的研究和开发。 本论文基于紧束缚的s u s c h r i e f f e r - h e e g e r ( s s h ) 模型，对哈密顿进行了修 正，利用非绝热的分了动力学方法，模拟了金属掺杂聚合物金属三明治结构中 和金属耦合聚合物金属三明治结构中电荷的注入与输运。同时研究了金属聚 合物金属三明治结构中电予和空穴注入与输运的动力学过程。本论文具体的研 究内容和主要结果如下： 1 金属掺杂聚合物金属三明治结构中电荷的注入与输运 众所周知，实际的样品中是有缺陷的，这些缺陷可能来自于交叉耦合、复杂 山东火学硕1 ：学位论文 的形态学缺陷或者外来的杂质，而且电荷的注入与注出也是实际应用过程中所需 要考虑的。因此研究金属掺杂聚合物金属三明治结构中电荷注入与输运的动力 学过程是有必要而且有意义的。 研究发现掺杂离子对注入到聚合物中的载流子的作用类似一个控制阀门，阀 门的状态与电场的强度和偏压的大小密切相关。控制偏压不变，当外电场比较弱 时，阀门处于关的状态，电荷不能通过掺杂离子；当外电场比较强时，阀门处于 打开的状态，电荷几乎全能通过掺杂离子，并且通过的大部分电荷还能克服右边 的界面势而进入右边的金属电极。控制电场不变，偏压比较大时，阀门处于半关 闭状态，一部分注入的电荷由于具有较大的初始能，可以越过掺杂离子，继续沿 着链运动。 2 金属耦合聚合物金属三明治结构中电荷的注入与输运 在实际的有机材料中，分予链的长度是有限的，因此研究链间载流子的输 运是重要的而且有意义的。并且链间耦合作用对于有机聚合物的电导率以及其它 的电特性起着非常重要的作用，目前越来越多的实验也显示必须考虑高聚物的链 间耦合作用。由此我们研究了金属耦合聚合物金属三明治结构中电荷的注入与 输运。 研究发现电荷的链间输运不仅与驱动电场有关而且还与所加偏压有关。电 场越强，偏压越大，越容易实现电荷的链间输运。因此，为了提高金属耦合聚 合物金属二明治结构中电荷输运的效率，我们需要增加驱动电场的强度和偏压 的大小。并且我们发现链间耦合部分对载流了的作用就像是一个切割器，它可以 把一个波包分割成两部分，通过波包可以再分割也证明了电荷是以几率波的形式 传输的。 3 金属聚合物金属三明治结构中电子和空穴的注入与输运 前人的研究大多关注的是电了的注入与输运。然而，在有机发光二极管 ( o r g a n i cl i g h t - e m i t t i n gd i o d e s 。o l e d ) 中，电了和空穴分别从两边的金属电极同 时注入到有机聚合物中并在电场的作用下运动、相遇、湮灭而发光。因此，研究 带相反电荷载流了注入与输运的动力学过程对于理解o l e d 发光的微观机制是 非常有帮助的。在此想法下，我们研究了金属聚合物金属三明治结构中电子和 山东大学硕士学位论文 空穴注入与输运的动力学过程。 由于聚合物强的电子一晶格相互作用，注入的电子和空穴在聚合物中形成了 波包并在电场的驱动下相向运动。体系将形成一个中性激子态。由于电场力和电 声耦合之间的竞争，形成的激子呈现了一个正反极化振荡的现象。体系最终达到 一个动态的平衡。 关键词：导电共轭聚合物；电荷注入与输运；非绝热动力学 i i l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t o r g a n i cc o n j u g a t e dp o l y m e r sh a v ea t t r a c t e dm u c ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a l a t t e n t i o ns i n c et h ed i s c o v e r yi n19 7 7t h a tt r a n s - p o l y a c e t y t e n ec a nb ed o p e dt oe x h i b i t av e r yh i g hc o n d u c t a n c ea n db e c o m ei n t ot h eg o o dc o n d u c t o r a san e wk i n do f f u n c t i o n a lm a t e r i a l ，o r g a n i cc o n j u g a t e dp o l y m e r sh a v et h ee l e c t r o n i cp r o p e r t i e so f m e t a l sa n ds e m i c o n d u c t o r s ，a sw e l l 嬲t h ep r o c e s s i n ga n dp e r f o r n m c ea d v a n t a g e so f p o l y m e r sf o re a s y - p r o c e s s i n g ，f l e x i b i l i t ya n dl o w - c o s t , a n dh a v eb e c o m ei n t ot h e f o c u so fal o to fr e s e a r c hw o r k s t h a n k st ot h er a p i dd e v e l o p m e n ti nt h ep a s t2 0 - p l u s y e a r s ，n u m e r o u sh i g h - p e r f o r m a n c ep h o t o e l e c t r i cd e v i c e sb a s e do no r g a n i cc o n j u g a t e d p o l y m e r sh a v eb e e nf a b r i c a t e ds u c c e s s f u l l y , s u c ha so r g a n i cl i g h t - e m i t t i n gd i o d e s ( o l e d ) a n dp h o t o v o l t a i cc e l l s t h ew o r kp r i n c i p l eo ft h e s ed e v i c e si sm a i n l yb a s e d o np h y s i c a lp r o c e s s e si n v o l v i n gt h ec h a r g ei n j e c t i o n ，t h ec h a r g ei r a n s p o r ta n dt h e c o m b i n a t i o no fe l e c t r o n - h o l ep a i r s ，e t c d u et ot h es t r o n ge l e c t r o n - p h o n o ni n t e r a c t i o n s i nt h eo r g a n i cm a t e r i a l s ，t h ee l e c t r o ns t a t ea n dt h el a t t i c es t a t ei n f l u e n c ee a c ho t h e r t h ea d d i t i o n a lc h a r g e ( e l e c t r o mo rh o l e s ) o rp h o t o e x c i t a t i o ni no r g a n i cc o n j u g a t e d p o l y m e r sw i l li n d u c el a t t i c ed e f o r m a t i o n , s ot h ec h a r g ec a r r i e r si no r g a n i cc o n j u g a t e d p o l y m e r sa r en o tt h et r a d i t i o n a le l e c t r o n so rh o l e sb u tt h es e l f - t r a p p i n ge x c i t a t i o n s ， s u c h 勰s o l i t o n s ( o n l yi nt r a n s - p o l y a c e t y l e n e ) ，p o l a r o n s ，b i p o l a r o n s ，e x c i t o n so r b i e x c i t o n s s i n c e19 7 0s ，s u - s c h r i e f f e r - h e e g e r ( s s h ) h a m i l t o n i a n , t h es e m i e m p i r i c a l t i g h t - b i n d i n gc a l c u l a t i o nm e t h o dt h a tw a sf o u n db ys u , s c h r i e f f e ra n dh e e g e r , h a s b e e nd e m o n s t r a t e ds u c c e s s f u l l yf o rs t u d y i n gt h ee l e c t r o n i cs t r u c t u r ea n do p t i c a l p r o p e r t i e so fo r g a n i cc o n j u g a t e dp o l y m e r - p o l y a c e t y l e n e i nt h el a t e ry e a r s ，b i s h o p ， s u n ，c o n w e l la n dx i ee la 1 e x t e n d e dt h es s hh a m i l t o n i a nt os t u d yt h ee x c i t a t i o n s a n dt h e i rd y n a m i cp r o c e s s e s u s i n gan o n a d i a b a t i cd y n a m i cm e t h o d ，w ue ta 1 s t u d i e d t h ed y n a m i cp r o c e s so fp o l a r o nf o r m a t i o ni nam e t a l p o l y m e r m e t a ls a n d w i c h s t r u c t u r e y a ne ta 1 s i m u l a t e dt h ed y n a m i cp r o c e s so fb i p o l a r o nf o r m a t i o ni na m e t a l p o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e f ue ta 1 s t u d i e dt h ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r t 山东大学硕士学位论文 o fc h a r g ei nam e t a l p o l y m e rs t r u c t u r e t h ef u r t h e rd e v e l o p m e n ti nt h i sf i e l dn o to n l y f a v o r so u ru n d e r s t a n d i n go nt h em i c r o c o s m i cp h y s i c a lw o r l do ft h ep o l y m e r sb u ta l s o h a st h ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o nv a l u e ，a n dc a nd r i v et h es t u d ya n de x p l o i t u r eo ft h en e w o r g a n i cm o l e c u l ed e v i c e s w i t h i nt h et i g h t - b i n d i n gs u - s c h r i e f f e r - h c c g e r ( s s h ) m o d e la n dan o n a d i a b a t i c d y n a m i ce v o l u t i o nm e t h o d , w es i m u l a t et h ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r to fc h a r g ei n m e t a l i m p u r i t yp o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r ea n di nm e t a l c o u p l e dp o l y m e r c h a i n s m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r ea tt h es a m et i m e f i n a l l y , w ed i s c u s st h ei n j e c t i o na n d t r a n s p o r to fe l e c t r o n sa n dh o l e si nam e t a l p o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e t h e d e t a i l e ds t u d ya n dm a i nr e s u l t sa r eg i v e nb e l o w ： 1 c h a r g ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r ti nm e t a l i m p u r i t yp o l y m e r m e t a ls a n d w i c h s t r u c t u r e i t i sw e l lk n o w nt h a tt h e r ea lei m p u r i t i e si nt h e p r a c t i c a ls a m p l e s ，t h e s e i m p u r i t i e sm a yc o m ef r o mt h ec r o s sc o u p l i n g ，c o m p l i c a t e dm o r p h o l o g i ci m p u r i t i e so r e x t e r n a li m p u r i t i e s a n dt h ei n j e c t i o na n de j e c t i o no fc h a r g en e e dt ob ec o n s i d e r e di n t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o np r o c e s s e s ，s oi ti si m p o r t a n ta n ds i g n i f i c a t i v et os t u d yt h e d y n a m i cp r o c e s s e so fi n j e c t i o na n dt r a n s p o r to ft h ec h a r g e i nm e t a l i m p u r i t y p o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e i ti sf o u n dt h a tt h ei m p u r i t yi o na c t sa sac o n t r o lg a t eo nt h ec h a r g ec a r r i e r si nt h e p o l y m e r t h es t a t eo ft h ec o n t r o lg a t ei sd e t e r m i n e db yt h es t r e n g t ho ft h ee l e c t r i c f i e l da n dt h em a g n i t u d eo ft h ev o l t a g eb i a s k e e p i n gt h ev o l t a g eb i a su n c h a n g e d ， w h e nt h ee x t e r n a le l e c t r i cf i e l di sw e a k , t h eg a t ei sc l o s e d ，a n dt h ei n j e c t e dc h a r g e s c a nn o tp a s st h ei m p u r i t yi o n ；w h e nt h ee x t e r n a le l e c t r i cf i e l di ss t r o n g ，t h eg a t ei s o p e n ，a n dt h ei n j e c t e dc h a r g e sn e a r l yc a na l lp a s st h ei m p u r i t yi o n ，a n dt h em o s t p a s s e dc h a r g e sc a no v e rt h ei n t e r f a c ep o t e n t i a lt oe n t e rt h er i g h tm e t a ld e c 删e k e e p i n gt h ee l e c t r i cf i e l du n c h a n g e d , w h e nt h ev o l t a g eb i a si sb i g ，t h eg a t ei s h a l f - c l o s e d ，ap a r to ft h ei n j e c t e dc h a r g e sh a sb i ge n e r g ya n dc a np a s st h ei m p u r i t yi o n t oc o n t i n u em o v i n ga l o n gt h ep o l y m e rc h a i n v 山东人学硕l ：学位论文 2 c h a r g em j e c t i o na n dt r a n s p o r ti nm e t a l c o u p l e dp o l y m e rc h a i n s m e t a l s a n d w i c hs t r u c t u r e i na c t u a lo r g a n i cm a t e r i a l s ，t h el e n g t ho fm o l e c u l a rc h a i l 岱i sl i m i t e d , s oi ti s i m p o r t a n tt os t u d yt h ei n t e r c h a i nt r a n s p o r to fc h a r g ec a r r i e r s a n dt h ei n t e r c h a i n c o u p l i n gp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h ec o n d u c t a n c ea n do t h e re l e c t r i c a lp r o p e r t i e s o ft h ep o l y m e r s a tp r e s e n t , m a n ye x p e r i m e n t ss h o wt h a ti ti sn e c e s s a r yt oc o n s i d e r t h ei n t e r c h a i nc o u p l i n go ft h ep o l y m e rc h a i n s b a s e do nt h ec a u s e ，w es t u d yt h e i n j e c t i o na n dt r a n s p o r to fc h a r g ei nm e t a l c o u p l e dp o l y m e rc h a i n s m e t a ls a n d w i c h s 仃1 l c t u r e i ti sf o u n dt h a tt h ei n t e r c h a i nt r a n s p o r to fc h a r g ei sd e t e r m i n e db yt h ed r i v i n g e l e c t r i cf i e l da n dt h ev o l t a g eb i a s s 勺的n ge l e c t r i cf i e l da n db i gv o l t a g eb i a sa r cb o t h f a v o ro ft h ei n t e r c h a i nt r a n s p o r to fc h a r g e t oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo ft h ec h a r g e t r a n s p o r ti nm e t a l c o u p l e dp o l y m e rc h a i n s m e t a ls a n d w i c hs y s t e m ，w en e e dt o i n c r e a s et h es t r e n g t ho ft h ed r i v i n ge l e c t r i cf i e l da n dt h em a g n i t u d eo ft h ev o l t a g eb i a s f u r t h e r m o r e ，t h ec o u p l e da r e ao ft w op o l y m e rc h a i n sa c t sa sac u r e ro nt h ec h a r g e c a r r i e r s ，a n di tc a nd i v i d eaw a v ep a c k e ti n t ot w op a r t s t h e r e o u t ，w ei l l u s t r a t et h a tt h e c h a r g et r a n s p o r t si nt h ef o r m o f p r o b a b i l i t yw a v e 3 i n j e c t i o n a n dt r a n s p o r to fe l e c t r o n sa n dh o l e si n m e t a l p o l y m e r m e t a l s a n d w i c hs t r u c t u r e f o r m e ri n v e s t i g a t i o n sj u s tf o c u s e do nt h ed y n a m i cp r o c e s s e so ft h ee l e c t r o n i n j e c t i o na n dt r a n s p o r t h o w e v e r , i na no l e d ，e l e c t r o n sa n dh o l e sa l ei n j e c t e di n t o t h ep o l y m e rf r o mt h eo p p o s i t ee l e c t r o d e s t h e s ec h a r g ec a r r i e r sm o v ei nt h ep o l y m e r u n d e ra ne x t e r n a ld r i v i n ge l e c t r i cf i e l d t h ei n j e c t e de l e c t r o n sa n dh o l e sm a ym e e ta n d a n n i h i l a t et og i v el i g h te m i t t i n g t h e r e f o r e ，i ti sh e l p f u lt os t u d yt h ei n j e c t i o na n d t r a n s p o r to fe l e c t r o n sa n dh o l e st ou n d e r s t a n dt h em i c r o c o s m i cm e c h a n i s mo fa n o l e dp e r f o r m a n c e s ow es t u d yt h ed y n a m i cp r o c e s s e so ft h ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r t o fe l e c t r o n sa n dh o l e si nam e t a l p o l y m e r m e t a ls a n d w i c hs t r u c t u r e d u et ot h es t r o n ge l e c t r o n l a t t i c ei n t e r a c t i o n s ，t h ei n j e c t e de l e c t r o n sa n dh o l e s f o r mw a v ep a c k e t sa n dm o v ef a c et of a c ea l o n gt h ep o l y m e rc h a i nu n d e rt h ed r i v i n g v i 山东大学硕：仁学位论文 o ft h ee l e c t r i cf i e l d t h es y s t e mw i l lf o r man e u t r a le x c i t o ns t a t e d u et ot h e c o m p e t i t i o nb 晚w nt h ee l e c t r i c a l f o r c ea n dt h e e l e c t r o n - p h o n o nc o u p l i n g s ，t h e f o r m e de x c i t o np r e s e n t sa l lo s c i l l a t i o nb e l n 嗍p o s i t i v ea n dn e g a t i v ep o l a r i z a t i o n t h e s y s t e mr e a c h e sad y n a m i cb a l a n c ef i n a l l y k e y w o r d s ：c o n d u c t i n gc o n j u g a t e dp o l y m e r s ，t h ec h a r g ei n j e c t i o na n dt r a n s p o r t , n o n a d i a b a t i cd y n a m i c s v i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：查渔幺 日期：2 堕：! ：至 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：敞导师签名期：趔 山东人学硕t ：学位论文 第一章前言 本章概述了有机高分子聚合物的结构特点及其电，光，磁等功能特性，并对金属聚合 物金属三明治结构中电荷注入与输运的理论研究现状作了阐述，同时介绍了有机发光二极 管的结构及其工作原理，最后给出了本文的理论方法和研究思路 1 1 有机共轭聚合物的功能特性及其研究现状 早在2 0 世纪7 0 年代初，h e e g e r ，m a c d i a m i d 以及s h i r a k a w a 等人就曾发现： 通过对绝缘材料反式聚乙炔( t r a n s - p o l y a c e t y l e n e ) 进行掺杂，其电导率急剧提高 i t - 3 ，可以增加几个甚至十几个数量级。随着人们对有机共轭聚合物结构和特性 认识的不断深入和提高，新型交叉学科一导电高分子领域诞生了。在随后的研究 中，科研工作者又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚噻吩、聚对苯乙炔等导电高 分子聚合物。导电高分子聚合物大多数具有准一维的长链结构，常见的几种聚合 物材料的分予结构如图1 1 所示。由于有机材料中强的电子一晶格相互作用，有 机聚合物通过掺杂或光电诱导可以产生孤子、极化子、双极化予、激予或双激子 等非线性元激发，这是有机半导体与传统的无机半导体的根本区别所在。导电高 分予的发现改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念，进而开发出了具 有光电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料，成为2 l 世纪提供可进行 信息传递的新功能材料。目前为止，某些聚合物的电导率接近甚至超过金属铜( 铜 的电导率为6 x1 0 5 ( d c m ) 1 ) 。如1 9 8 0 年掺杂后的聚合物电导率达到1 0 3 ( q 伽) 一1 4 ， 1 9 8 7 年达到1 0 4 ( q 册) 1 5 1 ，到1 9 9 0 年达到了8 1 0 5 ( d , c m ) 1 6 1 ，成为有机良导体。 迄今已经可以做出电导率高达2 0 0 s ( 西门予) c m 以上的有机导电性高分予涂料。 还有些聚合物材料如( s n ) 。在极低的温度( t 。- - - 0 1 5 k ) 下具有超导电性【7 】。总之， 由于这类新材料的独特性质，使其具有广阔的应用前景，h e e g e r ，m a c d i a m i d 以 及s h i r a k a w a 由此共同分享了2 0 0 0 年诺贝尔化学奖。有机共轭聚合物作为一种 新型的功能材料，不但具有上述的电特性，而且还具有十分丰富的光学特性，是 合适的光电集成材料。按激发方式不同，常见的聚合物发光可分为光致发光 ( p h o t o l u m i n e s c e n c e ，p l ) t s - 1 0 1 和电致发光( e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ，e l ) 【1 1 - 1 6 1 。光致发光 山东人学硕士学位论文 ( a ) ( c ) f i g 11p o l y m e r sw i t ht h eq u a s i - o n e d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e ：( a ) 加，铲p o l y a c e t y l 胁c ( t r a n s - p a ) ， ( b ) c s - p o l y a c e t y l e n e ( c s - p a ) ，( c ) p o l y ( ta r a p h e n y l e n e v i n y l e n e ) ( p p ，( d ) p o l y t h i o p h e n e ( p t ) 是聚合物材料通过吸收一定的光了能量所诱导的发光现象。有机共轭聚合物是非 常好的光致发光材料，由于其具有极强的吸光一蓄光一发光能力，在装饰、印刷 及安全牛产方面具有较为普遍的应用 1 7 - 1 9 】。而聚合物材料在一定电场下被相应的 电能激发所产牛的发光现象称之为电致发光。具有特殊结构的有机半导体可能具 有磁性，如高分子一金属配合物、分子内含氮氧稳定自由基结构的有机化合物、 平面大兀键结构的有机物以及电了转移复合物等【2 0 】。2 0 0 1 年m a k a r o v a 等人【2 1 】 在用高压试图提高c 6 0 超导温度的实验中偶然发现高居里温度的铁磁c ，转变 温度t 。在约为5 0 0 k 左右。总之，有机共轭聚合物由于其丰富的电、光、磁等功 能特性，现已在有机发光、有机场效应管、塑料电子学、有机铁磁体、自旋电予 学和分子电子学等多个领域得到了广泛的应用和研究。作为不可替代的新兴基础 有机功能材料之一，对导电高分予各种功能特性的研究也具有重要的理论意义和 广泛的应用前景。随着研究的深入，其领域会继续扩展，将会出现各种新型的功 能材料和元器件。 山东人学硕士学位论文 1 2 金属聚合物金属三明治结构中电荷注入与输运的理论研究 利用有机聚合物制造的有机分子器件的工作原理大多是基于金属聚合物 金属三明治结构体系。其中，两边的金属电极作为电荷注入或注出层，中间的聚 合物部分作为电荷输运层。因此，研究金属聚合物金属三明治结构体系中电荷 注入与输运的动力学过程对于理解这些有机分子器件的微观机制是非常有帮助 的。目前，有关这方面的研究已有大量的文献报道。w u 等人【2 2 】研究了金属聚 合物金属三明治结构中极化子形成的动力学过程，如图1 2 所示。他们发现当 加到金属电极上的偏压增大到一定值时，电子就被注入到聚合物中进而驰豫形成 极化子。等人【2 3 】模拟了金属聚合物金属三明治结构中双极化子形成的动力 学过程，指出双极化子的形成敏感地依赖于金属电极与聚合物之间的界面耦合， 强的界面耦合有利于电荷的注入与双极化子的形成，如图1 3 所示。f u 等人【2 4 】 通过研究金属有机聚合物结构中电荷的注入与输运指出由于聚合物中强的电子 一晶格相互作用，注入到聚合物中的电荷形成了波包并在电场的作用下运动( 图 1 4 ) 。这些工作的进一步开展，不f 有助于对导电聚合物微观物理世界的认识， 更具有重要的应用价值，能够推动新型有机聚合物分子器件的研究和开发。 。i 。 。l z l 5 0 缸?：t - 4 0 0 缸 _ 、 _ 一 !一v ： 一 l，- k 乙一一一八- ! t t1 0 0 0 f s j ，? 、厂 。 !， j ? 0 一a 一j ! l 一一l j f i g 12t h en e tc h a r g ed i s t r i b u t i o np ( s o l i dc i r c l e s ) a n dt h el a t t i c ec o n f i g u r a t i o ny ( o p e n c i r c l e s ) o f t h e p o l y m e rc h a i n a taf e wt y p i c a lt i m e su n d e raw e a ke l e c t r i cf i e l do f e o = 5 x 1 0 3 v c m r 0 = o 5 7 e v 山东人学硕士学位论文 0 1 2 0 1 0 0 0 8 x 0 巳0 0 4 o 0 2 o 0 0 0 1 1 0 c 0 0 8 x c 0 - 0 6 皂 o - 0 4 锻 0 0 0 1 0 0 0 1 2 o 、 o ：o 0 4 d o 1 2 o 0 0 0 4 00 0 1 5 02 0 02 5 0 1 0 0 s i t en ( a ) 0 0 1 5 02 0 02 s 03 0 0 s i t en 5 02 0 02 5 0i o o s l i en ( b ) 1 5 口2 0 02 5 03 0 0 s i t er l f i g 1 3 t h en e tc h a r g ed i s t r i b u t i o n 以( r e dl i n e s ) a n d t h el a t t i c ec o n f i g u r a t i o n ( b l a c kl i n e s ) o ft h ep o l y m e rc h a i na td i f f e r e n tt i m e si nt h ea b s e n c eo ft h ee l e c t r i cf i e l dw i t ht h ec o u p l i n g c o n s t a n t ( a ) t = 0 4 t o ；( b ) t = 0 6 4 t o t h ev o l t a g eb i a sv 0 = 0 7 9e v t h ei n s e ts h o w st h e e v o l u t i o no ft h et o t a ln o tc h a r g e sw i t h1 ，2a n d3d e n o t i n gt h el e f te l e c t r o d e ，p o l y m e r , a n dr i g h t 4 山东人学硕。l ：学位论文 c o 芒 a l f i g 1 4 i n j e c t e dc h a r g ed i s t r i b u t i o n , o n ( d o w n ) a n dt h el a t t i c ec o n f i g u r a t i o ny 一( u p ) o ft h e p o l y m e rc h a i na taf e wt y p i c a lt i m e sw i t hp = o 4 t h ev o l t a g eb i a s = 0 9 4e va n dt h e e l e c t r i cf i e l d = 5x1 0 3v c m t h ei n s e ts h o w st h ee v o l u t i o no f t h et o t a li n j e c t e dc h a r g e si nt h e p o l y m e rc h a i n 1 3 有机发光二极管( o r g a n i cl i g h t - e m i t t i n gd i o d e s ，o l e d ) 自从导电聚合物的发光特性被发现以来，人们对聚合物的光电性质进行了广 泛的研究。1 9 9 0 年，英国剑桥大学c a v c n d i s h 实验室的b u r r o u g h 懿等人首次发 现了在电场中有机聚合物p o l y ( p - p h e n y l e n e v i n y l e n e ) ( p p 的电致发光特性，并 制作了以p p v 为发光材料的有机发光二极箭( o r g a n i cl i g h t e m i t t i n gd i o d e s ，o l e d ) 【2