1、功能高分子材料課件第四章第1頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一 Outline電致發(fā)光高分子材料Electroluminescent Polymer Materials聚合物發(fā)光二極管polymer light-emitting diode (PLED)電致變色高分子材料Electrochromic Polymer Materials高分子駐極體Polymeric Electret歷史機(jī)理優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)組成制備第2頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Section 1 電致發(fā)光高分子材料第3頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一本征導(dǎo)

2、電高分子 Discovery of inherent conductive polymers1990s 聚對(duì)苯乙炔的電致發(fā)光現(xiàn)象 Poly(p-phenylenevinylene) (PPV): first conjugated polymer exhibiting electroluminescence Late 1990s 發(fā)現(xiàn)發(fā)藍(lán)光的材料，全顯示成為可能 Development of blue emitting polymer materials Full color display became possible一、電致發(fā)光高分子的歷史第4頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)5

3、0分，星期一載流子激子單線態(tài)與三線態(tài)磷光和熒光電致發(fā)光的量子效率載流子注入效率二、與發(fā)光機(jī)理相關(guān)的基本概念第5頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一載流子空穴和電子激子處于激發(fā)態(tài)能級(jí)上的電子與處于價(jià)帶的空穴通過靜電作用結(jié)合形成的高能態(tài)中性離子。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)電子都處于盡可能低的能量狀態(tài)，同一能級(jí)盡量分占不同的軌道且自旋方向相同，在同一軌道成對(duì)排布時(shí)自旋方向要相反。要使電子從低能軌道躍遷到高能軌道，必須供給能量。如果能量能滿足電子所需能量時(shí)，電子便有可能從能量較低的軌道進(jìn)入能量較高的軌道，這叫電子的躍遷。第7頁，

4、共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一單線態(tài)與三線態(tài)如圖所示的（2），此時(shí)分子的電子排布違反了兩條排布原則，處于單線激發(fā)態(tài)。如圖所示的（3），此時(shí)分子的電子排布違反了一條排布原則，處于三線激發(fā)態(tài)。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一激發(fā)熒光非光 耗散磷光單線激發(fā)態(tài)三線激發(fā)態(tài)電致發(fā)光材料中的能量傳輸基態(tài)第9頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一磷光及熒光物質(zhì)受到外來光線、電子、高能粒子的照射時(shí)，就會(huì)發(fā)光如果照射引起物質(zhì)原子外層電子擾動(dòng)，電子受激后向低能級(jí)躍遷，就可發(fā)射包括紅外線、紫外線和可見光。當(dāng)照射停止后，發(fā)光仍能持續(xù)一段時(shí)間，余輝

5、在10秒以上的稱磷光。余輝在10 秒以下的稱熒光。電致發(fā)光中磷光并不明顯，熒光構(gòu)成發(fā)光的主體。第10頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一熒光和磷光都是電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的電磁輻射（發(fā)光）現(xiàn)象。通常指壽命短的（107-108秒）為熒光，中斷供能，立即停止發(fā)光，而壽命長(zhǎng)的為磷光，中斷供能仍能持續(xù)發(fā)光。供能方式有：（1）光頻發(fā)射（光致發(fā)光）；（2）陰極射線、X-射線及其它高能粒子的輻射；（3）電場(chǎng)引發(fā)的場(chǎng)致發(fā)光（材料？）第11頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一家用日光燈的玻璃管內(nèi)涂有鹵磷酸鈣Ca5(PO4)3(F,Cl): Sb3+,Mn2+螢光粉，在

6、汞蒸汽機(jī)輝光放電產(chǎn)生的紫外線照射下放出較寬波長(zhǎng)的可見光。（早期）彩色電視顯象管使用的熒光粉是Zn1-xCdx:AgCl，當(dāng)時(shí)發(fā)紅色熒光。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一電致發(fā)光的量子效率發(fā)出熒光的能量與與激發(fā)過程總能量的比值載流子注入效率正負(fù)極注入載流子的有效程度，與正負(fù)極材料有關(guān)。應(yīng)選用高功函的陽極材料和低功函的陰極材料。功函是指在0K從樣品中移走一個(gè)電子所需要的最小能量第13頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一聚合物電致發(fā)光機(jī)理載流子的注入從陰極和陽極注入載流子的遷移電子和空穴分別向發(fā)光層遷移載流子的空穴和遷移電子在發(fā)光層中相遇復(fù)合并產(chǎn)

7、生激子激子將能量傳遞給發(fā)光分子并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)電致發(fā)光激發(fā)態(tài)能量通過輻射耗散產(chǎn)生光子釋放出光能第14頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一從負(fù)極注入的電子與從正極注入的空穴復(fù)合成激子，激子從高能態(tài)回到低能態(tài)，發(fā)出熒光發(fā)光機(jī)理Mechanism of light emitting第15頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一第16頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)純正的紅綠藍(lán)顯色實(shí)現(xiàn)全譜帶發(fā)光Pure red, green, and blue emissionAchieve a full color displ

8、ay低壓驅(qū)動(dòng)，超薄超輕，制作簡(jiǎn)單響應(yīng)速度快第17頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一結(jié)構(gòu)Structure of PLED cellMulti-layering OLED materialsWith various degrees of electron / hole mobilityIncrease the probability of electron-hole recombinationImprove electroluminescent efficiency 第18頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一陰極 / 陽極材料陽極AnodeITO (

9、In-Sn2O3)Al-Al2O3PAni陰極CathodeCaAlMgZnCrAlloys of these metals 第19頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一電子傳輸材料Electron transport materials電子流動(dòng)性好High electron mobilityIncorporation of electron deficient nitrogen atoms第20頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一八羥基喹啉的金屬絡(luò)合物第21頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一空穴注入材料Hole injecti

10、on materials空穴流動(dòng)性好High hole mobility電荷離域性強(qiáng)Facilitate charge delocalizationPoly-p-phenylenevinylene (PPV) Poly(vinylcarbazole) (PVK)Poly(aniline) (PAni)Poly(3,4-ethylene dioxy thiophene) (PEDOT) 第22頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)Chemical structure & composition of light emitting polymers主鏈發(fā)光材料Ma

11、in chain LEPsLight-emitting groups in the main chain側(cè)鏈發(fā)光材料Side chain LEPsLight-emitting groups in the side chains第23頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一主鏈發(fā)光材料第24頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一第25頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Substitutions R1, R2, R3 , R4, R5, R6Tune charge-transport characteristics Adjust the

12、 color of emitted lightEnhance solubility通過調(diào)節(jié)取代基調(diào)節(jié)電荷的傳輸性質(zhì)調(diào)節(jié)發(fā)光顏色范圍加強(qiáng)材料的溶解性第26頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Adding electron-donating groups to the PPV chain red-shifts its light emission to orangeAdding electron-accepting groups gives a blue shift增加給電子基團(tuán)發(fā)生紅移增加吸電子基團(tuán)發(fā)生藍(lán)移第27頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Po

13、ly(p-phenylenevinylene) (PPV) derivatives常見的電致發(fā)光高分子材料Light emitting polymers彩色表示其發(fā)光顏色第28頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一第29頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Polythiophene (PTh) derivatives第30頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Polyphenylene & its derivatives第31頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Main chain LEPs with light-emitting groups & flexible spacersin the main chain第32頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一Side chain LEPs with light-emitting groups in the side chainsAdvantagesA variety of possible pendant moleculesChemical stabilityEase of processability第33頁，共36頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)50分，星期一第34頁，共36