光导高分子材料

1、第五章第五章 光导电高分子材料光导电高分子材料 第一节第一节 概述概述 光敏高分子材料也称为光功能高分子材料，是指在光敏高分子材料也称为光功能高分子材料，是指在 光参量光参量的作用下能够表现出的作用下能够表现出某些特殊物理或化学性能某些特殊物理或化学性能 的高分子材料。的高分子材料。 吸收光能后吸收光能后发生化学变化的光敏高分子材料发生化学变化的光敏高分子材料有：有： 光致刻蚀剂和光敏涂料光致刻蚀剂和光敏涂料（发生光聚合、光交联、光降（发生光聚合、光交联、光降 解反应等），解反应等）， 光致变色高分子光致变色高分子材料材料（发生互变异构反应，引起材料（发生互变异构反应，引起材料 吸收波长的变化

2、）；吸收波长的变化）； 吸收光能后吸收光能后发生物理变化的光敏高分子材料发生物理变化的光敏高分子材料有：有： 光力学变化高分子材料光力学变化高分子材料（引起材料外观尺寸变化），（引起材料外观尺寸变化）， 光导电高分子光导电高分子材料材料（可增加载流子而导），（可增加载流子而导）， 非线性光学材料非线性光学材料（发生超极化显示非线性光学性质），（发生超极化显示非线性光学性质）， 荧光发射材料荧光发射材料（将光能转换为另一种光辐射形式出）（将光能转换为另一种光辐射形式出） 一、高分子光物理和光化学原理一、高分子光物理和光化学原理 许多物质吸收光子以后，可以从基态跃迁到激发态，许多物质吸收光子以后，

3、可以从基态跃迁到激发态， 处在激发态的分子容易发生各种变化。处在激发态的分子容易发生各种变化。 如果这种变化是化学的，如光聚合反应或者光降解反如果这种变化是化学的，如光聚合反应或者光降解反 应，则研究这种现象的科学称为应，则研究这种现象的科学称为光化学光化学； 如果这种变化是物理的，如光致发光或者光导电现象，如果这种变化是物理的，如光致发光或者光导电现象， 则研究这种现象的科学称为则研究这种现象的科学称为光物理光物理。 1 1、光吸收和分子的激发态、光吸收和分子的激发态 光子能量光子能量 光的吸收光的吸收是光敏高分子材料发挥其功能的基础。是光敏高分子材料发挥其功能的基础。 物质对光的吸收程度，

4、用入射光和透射光的比值物质对光的吸收程度，用入射光和透射光的比值 表示，可以用表示，可以用BeerLambertBeerLambert公式表示：公式表示： 为为摩尔消光系数或摩尔吸光系数摩尔消光系数或摩尔吸光系数，它可以定量描，它可以定量描 述该物质对光的吸收能力。与光波长有关，同种物述该物质对光的吸收能力。与光波长有关，同种物 质对不同波长的光的消光系数不同。质对不同波长的光的消光系数不同。 光的吸收能力与分子结构有密切关系。在分子中对光的吸收能力与分子结构有密切关系。在分子中对 光敏感，能够吸收紫外和可见光的部分被称为光敏感，能够吸收紫外和可见光的部分被称为发色发色 团团。能够提高光摩尔吸

5、收系数的结构称为。能够提高光摩尔吸收系数的结构称为助色团助色团。 当光子被分子的发色团吸收后，若光子能量转移到当光子被分子的发色团吸收后，若光子能量转移到 分子内部，引起分子电子结构改变，外层与吸收光分子内部，引起分子电子结构改变，外层与吸收光 子能量匹配的电子可以从低能态跃迁到高能态，此子能量匹配的电子可以从低能态跃迁到高能态，此 时称时称分子处于激发态分子处于激发态，激发态分子增加的能量称为，激发态分子增加的能量称为 激发能激发能。 物质吸收的光子并不是都转化为激发态分子，有物质吸收的光子并不是都转化为激发态分子，有 些转化为其他形式的能量。光激发效率可以用些转化为其他形式的能量。光激发效

6、率可以用光量光量 子效率子效率表示。表示。生成激发态的数量和物质吸收光子的生成激发态的数量和物质吸收光子的 数目之比数目之比称为称为激发光量子效率激发光量子效率。 激发态激发态是一种是一种不稳定状态不稳定状态，很容易继续发生化学，很容易继续发生化学 或者物理变化或者物理变化; ; 激发态是光功能材料作用的基点激发态是光功能材料作用的基点。 同时，处在激发态的分子其物理和化学性质与处在同时，处在激发态的分子其物理和化学性质与处在 基态时也有不同。基态时也有不同。 2 2、激发能的耗散激发能的耗散 激发态激发态分子的分子的激发能激发能，有三种可能转化方式有三种可能转化方式。 即：即：、发生光化学反

7、应；发生光化学反应； 、以发射光的形式耗散能量；以发射光的形式耗散能量； 、通过其他方式转化成热能。通过其他方式转化成热能。 激发能的耗散激发能的耗散 （遵循（遵循JablonskyJablonsky耗耗 散图）散图） abs表示光吸收过程，吸收光表示光吸收过程，吸收光 后电子跃迁到激发态。后电子跃迁到激发态。 f1为荧光过程，吸收的能量为荧光过程，吸收的能量 以荧光发射方式耗散，激发以荧光发射方式耗散，激发 态电子回到基态。态电子回到基态。 vr为振动弛豫，为振动弛豫， ic为热能耗散，通过分子间为热能耗散，通过分子间 的热碰撞过程失去能量回到的热碰撞过程失去能量回到 基态。基态。 isc为

8、级间窜跃，此时表示单为级间窜跃，此时表示单 线激发态电子转移到三线激线激发态电子转移到三线激 发态。发态。 phos为磷光过程，电子从三为磷光过程，电子从三 线激发态回到基态，能量以线激发态回到基态，能量以 磷光发射形式耗散。磷光发射形式耗散。 S表示单线态，表示单线态，T表示三线态。表示三线态。 3 3、光量子效率、光量子效率 光量子效率用来描述荧光过程或磷光过程中光能光量子效率用来描述荧光过程或磷光过程中光能 利用率。利用率。 物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光强度与物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光强度与 入射光强度的比值，为入射光强度的比值，为荧光效率荧光效率；发出的磷光强度与

9、；发出的磷光强度与 入射光强度的比值，为入射光强度的比值，为磷光量子效率磷光量子效率。 量子效率量子效率与分子的结构关系密切与分子的结构关系密切。如，饱和烃类化合。如，饱和烃类化合 物的荧光量子效率较低，因此观察不到荧光现象；而物的荧光量子效率较低，因此观察不到荧光现象；而 具有共扼结构的分子体系，特别是许多芳香族化合物具有共扼结构的分子体系，特别是许多芳香族化合物 其量子效率较高，多为荧光物质。其量子效率较高，多为荧光物质。 化合物中的化合物中的取代基对量子效率有一定影响取代基对量子效率有一定影响，卤素取代，卤素取代 基可以降低荧光量子效率，使磷光量子效率增加，原基可以降低荧光量子效率，使磷

10、光量子效率增加，原 因在于这类取代基增加了级间窜跃效率。因在于这类取代基增加了级间窜跃效率。 对于芳香类化合物，邻、对位取代基倾向干提高对于芳香类化合物，邻、对位取代基倾向干提高 荧光的量子效率荧光的量子效率; ;间位取代基多降低化合物的荧间位取代基多降低化合物的荧 光强度。光强度。 化合物的浓度对量子效率也有一定影响化合物的浓度对量子效率也有一定影响，在一定，在一定 范围内荧光强度随着浓度的增加而增加，但是当范围内荧光强度随着浓度的增加而增加，但是当 浓度达到一定值时荧光强度将出现最大值，然后浓度达到一定值时荧光强度将出现最大值，然后 有所下降。其原因是溶质对产生的荧光有再吸收有所下降。其原

11、因是溶质对产生的荧光有再吸收 作用。作用。 4 4、激发态的淬灭、激发态的淬灭 能够使激发态分子以非光形式衰减到基态或者能够使激发态分子以非光形式衰减到基态或者 低能态的过程称为低能态的过程称为激发态的淬灭。激发态的淬灭。 加入淬灭剂后通常表现出量子效率降低，荧光加入淬灭剂后通常表现出量子效率降低，荧光 强度下降，甚至消失。强度下降，甚至消失。 根据淬灭的机理不同，淬灭过程可以分成根据淬灭的机理不同，淬灭过程可以分成动态动态 淬灭和静态淬灭淬灭和静态淬灭两种。两种。 当通过淬灭剂和发色团碰撞引起碎灭时，当通过淬灭剂和发色团碰撞引起碎灭时，称为称为动动 态淬灭态淬灭， 当当淬灭过程通过发色团与淬

12、灭剂形成不发射荧光淬灭过程通过发色团与淬灭剂形成不发射荧光 的基态复合物的基态复合物完成时称这一过程为完成时称这一过程为静态淬灭静态淬灭。 淬灭过程是一种能量转移过程，是淬灭过程是一种能量转移过程，是光化学反应光化学反应 的基础之一的基础之一。芳香胺和脂肪胺芳香胺和脂肪胺是常见的有效淬是常见的有效淬 灭剂，空气中的灭剂，空气中的氧分子氧分子也是淬灭剂。也是淬灭剂。 5 5、分子间或分子内的能量转移过程、分子间或分子内的能量转移过程 激发态的能量可以激发态的能量可以在不同分子或者同一分子的不同在不同分子或者同一分子的不同 发色团之间转移发色团之间转移。能量转移可以通过辐射能量转移机。能量转移可以

13、通过辐射能量转移机 理完成。理完成。 能量转移在光物理和光化学过程中普遍存在，特别能量转移在光物理和光化学过程中普遍存在，特别 是在聚合物光能转化装置中起非常重要作用。是在聚合物光能转化装置中起非常重要作用。 6 6、激基缔合物和激基复合物、激基缔合物和激基复合物 当处在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作当处在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作 用，生成的分子对被称为用，生成的分子对被称为激基缔合物激基缔合物。也可以发生在。也可以发生在 分子内部，与激发态发色团同一分子内相邻或不相邻分子内部，与激发态发色团同一分子内相邻或不相邻 的发色团之间形成激基缔合物。的发色团之间形成激基缔合物。

14、 而当处在激发态的物质和另一种处在基态的物质发生相而当处在激发态的物质和另一种处在基态的物质发生相 互作用，生成的物质被称为互作用，生成的物质被称为激基复合物激基复合物。 7 7、光引发剂和光敏剂、光引发剂和光敏剂 光引发剂和光敏剂，均能促进光化学反应的进行。光引发剂和光敏剂，均能促进光化学反应的进行。 光引发剂光引发剂是吸收光能后跃迁到激发态，当激发态能量是吸收光能后跃迁到激发态，当激发态能量 高于分子键断裂能量时，断键产生自由基，光引发剂高于分子键断裂能量时，断键产生自由基，光引发剂 则被消耗；则被消耗； 光敏剂光敏剂是吸收光能后跃迁到激发态，然后发生分子内是吸收光能后跃迁到激发态，然后发

15、生分子内 或分子间能量转移，将能量传递给另一个分子，光敏或分子间能量转移，将能量传递给另一个分子，光敏 剂则回到基态。剂则回到基态。 二、高分子光化学反应类型二、高分子光化学反应类型 与光敏高分子材料密切相关的光化学反应，包括与光敏高分子材料密切相关的光化学反应，包括光光 聚合反应（或光交联反应）、光降解反应和光异构化聚合反应（或光交联反应）、光降解反应和光异构化 反应。反应。 1 1、光聚合反应（含光交联反应）、光聚合反应（含光交联反应） 光聚合反应和光交联反应光聚合反应和光交联反应，都是以线型聚合物为反，都是以线型聚合物为反 应物，吸收光能后发生光化学反应，使生成的聚合物应物，吸收光能后发

16、生光化学反应，使生成的聚合物 分子量更大。分子量更大。 以分子量较小的线型低聚物作为反应单体，发生光以分子量较小的线型低聚物作为反应单体，发生光 聚合反应，生成分子量更大的线型聚合物，则称聚合反应，生成分子量更大的线型聚合物，则称光聚光聚 合反应合反应；以分子量较大的线型聚合物作为反应物，在；以分子量较大的线型聚合物作为反应物，在 光引发下高分子链之间发生交链反应，生成网状聚合光引发下高分子链之间发生交链反应，生成网状聚合 物的过程，称为物的过程，称为光交联反应光交联反应。 光聚合反应和光交联反应的主要特点是光聚合反应和光交联反应的主要特点是反应温度适反应温度适 应范围宽，特别适合于低温聚合反

17、应。应范围宽，特别适合于低温聚合反应。 、光聚合反应、光聚合反应 根据反应类型，光聚合反应包括根据反应类型，光聚合反应包括光自由基聚合、光自由基聚合、 光离子型聚合和光固相聚合光离子型聚合和光固相聚合等三种。其中等三种。其中光引发光引发 自由基聚合自由基聚合反应相对普遍。反应相对普遍。 光引发自由基聚合有光引发自由基聚合有三种途径三种途径： 一是由光直接激发单体到激发态产生自由基引发聚一是由光直接激发单体到激发态产生自由基引发聚 合，或者首先激发光敏分子，进而发生能量转移合，或者首先激发光敏分子，进而发生能量转移 产生活性种引发聚合反应产生活性种引发聚合反应; ; 二是由吸收光能引起引发剂分子

18、发生断键反应，生二是由吸收光能引起引发剂分子发生断键反应，生 成的自由基再引发聚合反应成的自由基再引发聚合反应; ; 三是由光引发产生分子复合物，由受激分子复合物三是由光引发产生分子复合物，由受激分子复合物 解离产生自由基引发聚合。解离产生自由基引发聚合。 在光自由基聚合反应中，低分子量聚合物中应该含在光自由基聚合反应中，低分子量聚合物中应该含 有可聚合基团，这些可聚合基团列于表有可聚合基团，这些可聚合基团列于表7-37-3中中。 为了增加光聚合反应的速度，经常需要加入光引为了增加光聚合反应的速度，经常需要加入光引 发剂和光敏剂。作用是发剂和光敏剂。作用是提高光量子效率，有利于提高光量子效率，

19、有利于 自由基等活性种的产生。自由基等活性种的产生。 引发效率与下列三个因素有关引发效率与下列三个因素有关: : 分子的吸收光谱范围要与光源波长相匹配，并分子的吸收光谱范围要与光源波长相匹配，并 具有足够高的消光系数具有足够高的消光系数; ; 为了提高光量子效率，生成的自由基自结合率为了提高光量子效率，生成的自由基自结合率 要尽可能小，因此要有一定的稳定因素要尽可能小，因此要有一定的稳定因素; ; 在光聚合反应中使用的光引发剂和光敏剂，及在光聚合反应中使用的光引发剂和光敏剂，及 其断裂产物不应参与链转移和链终止等副反应。其断裂产物不应参与链转移和链终止等副反应。 、光交联反应、光交联反应 光交

20、联反应，按照反应机理可以分为光交联反应，按照反应机理可以分为链聚合和非链链聚合和非链 聚合聚合两种。两种。 链聚合反应的反应速度较快链聚合反应的反应速度较快，使线型聚合物链之间，使线型聚合物链之间 直接发生光交联反应，一般不需要交联剂。直接发生光交联反应，一般不需要交联剂。 能够进行能够进行链聚合的线性聚合物主要有链聚合的线性聚合物主要有： 带有不饱和基团的高分子，如丙烯酸酯、不饱和聚酯、带有不饱和基团的高分子，如丙烯酸酯、不饱和聚酯、 不饱和聚乙烯醇、不饱和聚酰胺等；不饱和聚乙烯醇、不饱和聚酰胺等； 具有硫醇和双键的分子间发生加成聚合反应具有硫醇和双键的分子间发生加成聚合反应; ; 某些具有

21、在链转移反应中能失去氢和卤原子而成为活某些具有在链转移反应中能失去氢和卤原子而成为活 性自由基的饱和大分子。性自由基的饱和大分子。 非链聚合反应的反应速度较慢非链聚合反应的反应速度较慢，除含有碳，除含有碳- -碳双键的碳双键的 线型预聚物外，一般还需要线型预聚物外，一般还需要加入交联剂加入交联剂。交联剂通。交联剂通 常为重铬酸盐、重氮盐和芳香叠氮化合物。常为重铬酸盐、重氮盐和芳香叠氮化合物。 2 2、光降解反应、光降解反应 光降解反应是指在光的作用下聚合物链发生断光降解反应是指在光的作用下聚合物链发生断 裂，分子量降低的光化学过程。裂，分子量降低的光化学过程。 光降解过程主要有三种形式：光降解

22、过程主要有三种形式： 、无氧光降解过程、无氧光降解过程 主要发生在聚合物分子中含有发色团时，或含有光主要发生在聚合物分子中含有发色团时，或含有光 敏性杂质时。敏性杂质时。 一般认为，在聚合物中羰基吸收光一般认为，在聚合物中羰基吸收光 能后，发生一系列能量转移和化学反应，导致聚能后，发生一系列能量转移和化学反应，导致聚 合物链断裂。合物链断裂。 、光氧化降解过程、光氧化降解过程 首先在光作用下产生的自由基，并与氧气反应生成首先在光作用下产生的自由基，并与氧气反应生成 过氧化合物。过氧化物是自由基引发剂，产生的自由过氧化合物。过氧化物是自由基引发剂，产生的自由 基进一步引起聚合物的降解反应。基进一

23、步引起聚合物的降解反应。 、催化光降解过程、催化光降解过程 当聚合物中含有光敏剂时，光敏剂分子可以将其吸当聚合物中含有光敏剂时，光敏剂分子可以将其吸 收的光能转递给聚合物，促使其发生降解反应。收的光能转递给聚合物，促使其发生降解反应。 光降解反应的表现：光降解反应的表现： 不利方面不利方面-使高分子材料老化、机械性能变坏；使高分子材料老化、机械性能变坏； 有利方面有利方面-可以使废弃聚合物被光降解消化，对环境可以使废弃聚合物被光降解消化，对环境 保护有利；保护有利； 在三种光降解过程中，光氧化降解反应是聚合物在三种光降解过程中，光氧化降解反应是聚合物 降解的主要方式。因此在聚合物中加入光稳定剂

24、，降解的主要方式。因此在聚合物中加入光稳定剂， 可以减低其反应速度，防止聚台物的老化，延长其可以减低其反应速度，防止聚台物的老化，延长其 使用寿命。使用寿命。 3 3、光异构化反应、光异构化反应 在光化学反应后，产物的分子量不变，但是结构在光化学反应后，产物的分子量不变，但是结构 发生变化，引起聚合物性质改变的光化学反应。发生变化，引起聚合物性质改变的光化学反应。 第二节第二节 光导电高分子材料光导电高分子材料 光导电材料光导电材料 在无光照时是绝缘体，而在有光照时其电导值可以增加几个在无光照时是绝缘体，而在有光照时其电导值可以增加几个 数量级而变为导体的光控制导体成为光导电材料。数量级而变为

25、导体的光控制导体成为光导电材料。 光导电材料的分类光导电材料的分类 无机光导材料：硒、氧化锌、硫化镉、砷化硒和无机光导材料：硒、氧化锌、硫化镉、砷化硒和 非晶硅等。非晶硅等。 其中只有硒材料可以广泛应用，但是其中只有硒材料可以广泛应用，但是 光导电材料光导电材料 来源缺乏、工艺复杂、价格昂贵等缺点。来源缺乏、工艺复杂、价格昂贵等缺点。 小分子光导材料小分子光导材料 有机光导材料有机光导材料 高分子光导材料高分子光导材料 一、光导电机理与结构的关系一、光导电机理与结构的关系 1 1、光导电性测定与影响因素、光导电性测定与影响因素 光导材料光导电性能，常采用光导材料光导电性能，常采用感度感度G G

26、 来表示，其定来表示，其定 义为单位时间材料吸收一个光子所产生的载流子数目。义为单位时间材料吸收一个光子所产生的载流子数目。 其表达式为：其表达式为： 式中式中IpIp表示产生的光电流；表示产生的光电流；I I0 0是单位面积入射光子是单位面积入射光子 数；数；T T为测定材料的透光率，为测定材料的透光率，A A为光照面积。为光照面积。 2 2、光导电机理、光导电机理 光导电的基础是，在光的激发下，材料内部的载流光导电的基础是，在光的激发下，材料内部的载流 子密度能够迅速增加，从而导致导电率的增加子密度能够迅速增加，从而导致导电率的增加。 光导载流子通过以下两步生成：光导载流子通过以下两步生成

27、： 、光活性分子中的基态电子吸收光能后至激发态，激、光活性分子中的基态电子吸收光能后至激发态，激 发态的分子发生离子化，形成发态的分子发生离子化，形成电子电子- -空穴对空穴对。 、在外加电场下，电子、在外加电场下，电子- -空穴对发生解离，离解后的电空穴对发生解离，离解后的电 子或空穴作为载流子产生光电流。即，子或空穴作为载流子产生光电流。即， 式中式中D D表示电子给予体，表示电子给予体，A A表示电子接受体。表示电子接受体。 电子转移可以在分子内完成，也可以在分子间进行。电子转移可以在分子内完成，也可以在分子间进行。 只有电子受体存在时，激发态分子才对光导电过程有贡只有电子受体存在时，激

28、发态分子才对光导电过程有贡 献。献。 当光消失时，电子当光消失时，电子- -空穴对都会由于逐渐重新结合空穴对都会由于逐渐重新结合 而消失，导致载流子数下降，电导率减低，光电流消失。而消失，导致载流子数下降，电导率减低，光电流消失。 3 3、提高光电流强度的条件、提高光电流强度的条件 、 增加光敏结构密度和选择光敏化效率高的材料增加光敏结构密度和选择光敏化效率高的材料 有利于提高光激发效率有利于提高光激发效率。分子对入射光的频率要匹配分子对入射光的频率要匹配， 即最大吸收波长与入射光的频率重合，摩尔吸收系数即最大吸收波长与入射光的频率重合，摩尔吸收系数 尽可能大，这样可以最大限度吸收入射光，从而

29、有利尽可能大，这样可以最大限度吸收入射光，从而有利 于提高光电流。于提高光电流。 、降低辐射和非辐射耗散速率，提高离子化效率降低辐射和非辐射耗散速率，提高离子化效率， 增加载流子数目，从而有利于提高光电流。增加载流子数目，从而有利于提高光电流。 选择价带和导带能量差小的材料，施加较大的电选择价带和导带能量差小的材料，施加较大的电 场，有利于电子一空穴对的解离。场，有利于电子一空穴对的解离。 、加大电场强度，使载流子迁移速度加快加大电场强度，使载流子迁移速度加快，降低，降低 电子电子- -空穴对重新复合的几率、有利提高光电流。空穴对重新复合的几率、有利提高光电流。 改进光导能力还可以通过加入小分

30、子电子给予体或改进光导能力还可以通过加入小分子电子给予体或 者电子接受体，使之相对浓度提高。者电子接受体，使之相对浓度提高。 也可以对光导材料的结构加以修饰，提高电子给体也可以对光导材料的结构加以修饰，提高电子给体 和受体相对密度。和受体相对密度。 二、光导聚合物的结构类型二、光导聚合物的结构类型 光导电高分子，应具备在入射光波长处有光导电高分子，应具备在入射光波长处有较高较高 的摩尔吸光系数的摩尔吸光系数，并且具有，并且具有较高的量子效率较高的量子效率。为。为 此，一般多为此，一般多为具有离域倾向的具有离域倾向的 电子结构的化电子结构的化 合物。合物。 目前研究使用的光导高分子材料主要是目前

31、研究使用的光导高分子材料主要是聚合聚合 物骨架上带有光导电结构的物骨架上带有光导电结构的“纯聚合物纯聚合物”和和小分小分 子光导体与高分子材料共混产生的复合型光导高子光导体与高分子材料共混产生的复合型光导高 分子材料。分子材料。 从结构上划分，有三种类型：从结构上划分，有三种类型： 1 1、线型共轭高分子光导材料线型共轭高分子光导材料 线型共轭导电高分子在可见光区有很高的光吸收系数，而且线型共轭导电高分子在可见光区有很高的光吸收系数，而且 吸光后在分子内产生孤子、极化子和双极化子作为载流子。因吸光后在分子内产生孤子、极化子和双极化子作为载流子。因 此，导电能力大大增加，表现出很强的光导电性质。

32、此，导电能力大大增加，表现出很强的光导电性质。 由于多数线型共轭导电高分子材料的稳定性和加工性能不由于多数线型共轭导电高分子材料的稳定性和加工性能不 好，因此只有聚苯乙炔、聚噻吩等少数材料得到研究应用。好，因此只有聚苯乙炔、聚噻吩等少数材料得到研究应用。 2 2、侧链带有大共轭结构的光导电高分子材料侧链带有大共轭结构的光导电高分子材料 由于绝大多数多环芳香烃和杂芳烃类共轭结构的化合物，都由于绝大多数多环芳香烃和杂芳烃类共轭结构的化合物，都 有较高的摩尔吸光系数和量子效率，一般都表现出较强的光导性有较高的摩尔吸光系数和量子效率，一般都表现出较强的光导性 质。如果将这类共轭分子，如萘基、蒽基、芘基

33、等，连接到高分质。如果将这类共轭分子，如萘基、蒽基、芘基等，连接到高分 子骨架上则构成光导高分子材料。子骨架上则构成光导高分子材料。 3 3、侧链连接芳香胺或者含氮杂环的光导电高分子材料侧链连接芳香胺或者含氮杂环的光导电高分子材料 高分子侧链上连接芳香胺或者含氮杂环，其中最重要的是咔高分子侧链上连接芳香胺或者含氮杂环，其中最重要的是咔 唑基，则构成光导电高分子材料。唑基，则构成光导电高分子材料。 这种光导电高分子，在侧链也可以只连接咔唑基，但是更重这种光导电高分子，在侧链也可以只连接咔唑基，但是更重 要的是同时连接咔唑基和光敏化结构（电子接收体），在分子内要的是同时连接咔唑基和光敏化结构（电子

34、接收体），在分子内 形成电子形成电子- -空穴对。空穴对。 如，聚乙烯咔唑如，聚乙烯咔唑- -硝基芴酮体系光导电高分子材料。硝基芴酮体系光导电高分子材料。 + + 聚乙烯骨架：聚乙烯骨架： 柔性较差，当感光膜卷曲到感光鼓上时，已发柔性较差，当感光膜卷曲到感光鼓上时，已发 生轻微的裂纹。生轻微的裂纹。 聚醚骨架：聚醚骨架： 可以大大改进材料的柔性。可以大大改进材料的柔性。 咔唑聚合物的导电过程：咔唑聚合物的导电过程： 在无光条件下，咔唑聚合物是良好的绝缘体，在无光条件下，咔唑聚合物是良好的绝缘体， 吸收光后分子跃迁到激发态，并在电场作用下离吸收光后分子跃迁到激发态，并在电场作用下离 子化，构成大

35、量的载流子，从而使其导电率大大子化，构成大量的载流子，从而使其导电率大大 提高。提高。 在表在表7-107-10中，列出几种常见的光导聚合物。中，列出几种常见的光导聚合物。 1、 （下接续表） 1、 三、光导电聚合物的应用三、光导电聚合物的应用 1 1、在静电复印机和激光打印机中的应用在静电复印机和激光打印机中的应用 、在静电复印机中的应用、在静电复印机中的应用 在静电复印过程中光导电体在光的控制下收集和释在静电复印过程中光导电体在光的控制下收集和释 放电荷，通过静电作用吸附带相反电荷的油墨。放电荷，通过静电作用吸附带相反电荷的油墨。 数字数字1-1-光导电材料、光导电材料、 2-2-导电性基

36、材、导电性基材、 3-3-裁体裁体( (内内) )和调色和调色 剂剂( (外外) )、 4-4-复印纸。复印纸。 A A、第一步：第一步： 在无光条件下，电晕放电空气，使空气在无光条件下，电晕放电空气，使空气 中的分子离子化后，均匀散布在光导体表面，中的分子离子化后，均匀散布在光导体表面， 使其带上与导电性基材相反符号的电荷（图使其带上与导电性基材相反符号的电荷（图 中正电）。即，对光导材料进行充电。中正电）。即，对光导材料进行充电。 B B、第二步第二步 ： 曝光过程（也即潜影过程）。是通过曝光过程（也即潜影过程）。是通过 透过或反射，要复制的图象光投射到光导透过或反射，要复制的图象光投射到

37、光导 体表面，使受光部分因光导材料电导率提体表面，使受光部分因光导材料电导率提 高而正负电荷发生中和，而未受光部分的高而正负电荷发生中和，而未受光部分的 电荷仍得以保存。显然，此时电荷分布与电荷仍得以保存。显然，此时电荷分布与 复印图象相同。复印图象相同。 C C、第三步：第三步： 显影过程。显影剂通常是由载体和调色剂两部分组显影过程。显影剂通常是由载体和调色剂两部分组 成，其中调色剂是含有颜料或染料的高分子，在与载成，其中调色剂是含有颜料或染料的高分子，在与载 体混合时由于摩擦而带电，且所带电荷与光导体所带体混合时由于摩擦而带电，且所带电荷与光导体所带 电荷相反（负电）。电荷相反（负电）。

38、通过静电吸引，调色剂被吸附在光导体表面带电荷部分，通过静电吸引，调色剂被吸附在光导体表面带电荷部分， 使第二步中得到的静电影像变成由调色剂构成的可见使第二步中得到的静电影像变成由调色剂构成的可见 影像。影像。 D D、第四步：第四步： 将该影像再通过静电引力转移到带有相反将该影像再通过静电引力转移到带有相反 电荷的复印纸上，经过加热定影将图象在纸面电荷的复印纸上，经过加热定影将图象在纸面 固化，完成复印任务。固化，完成复印任务。 在在复印机上使用的复印机上使用的光导材料光导材料： 最早使用的最早使用的是是无机的硒化合物和硫化锌无机的硒化合物和硫化锌- -硫化硫化镉镉（采采 用真空升华法在复印鼓表面形成光导电层用真空升华法在复印鼓表面形成光导电层），不仅昂，不仅昂