有機電子學(xué)材料和應(yīng)用第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五基本概念：有機電子學(xué)(organicelectronics)是研究有機化合物,尤其是由有機物形成的功能薄膜的光子電子學(xué)、光電功能的科學(xué)和技術(shù)。它是在上世紀(jì)末迅速發(fā)展而建立起來的一門新興交叉學(xué)科。其主要研究內(nèi)容為有機小分子和聚合物材料中的電子狀態(tài)、電荷傳輸、光電轉(zhuǎn)換的規(guī)律，器件的構(gòu)筑、性能的測試，尤其是關(guān)于它們的實際應(yīng)用與技術(shù)開發(fā)。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五為什么在近若干年來,有機電子學(xué)材料及其理論研究會如此快速地發(fā)展和方興未艾？我們所處的時代，是一個以計算機應(yīng)用和信息高速公路為特點的信息科學(xué)技術(shù)時代。這個時代客觀上對信息的傳導(dǎo)(conduction)、存儲(storage/memory)、轉(zhuǎn)換(conversion)、顯示(display)等提出了越來越高的要求。就以信息顯示為例，要求顯示器件超薄、大屏幕、全色顯示等。目前廣泛應(yīng)用的液晶顯示,已展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢,功不可滅,但它還是存一些缺點,如視角小、響應(yīng)速度慢(毫秒級)、溫度特性差(不能在低溫下使用)等。另外它自身不能發(fā)光，需依賴于背投光或環(huán)境光得以顯示,因而對有機電致發(fā)光材料的發(fā)展就提出要求,為它展示了廣博的發(fā)展空間。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電子學(xué)材料研究的領(lǐng)域：大體概括有：有機導(dǎo)體有機半導(dǎo)體,制成有機晶體管,場效應(yīng)晶體管(organicfieldeffecttransistors)有機聚合物調(diào)制器：聚合物熱光開關(guān)有機光電傳感器，熒光化學(xué)敏感器有機太陽能電池有機泵浦激光光致變色材料,光信息存儲有機非線性光學(xué)材料,光信息傳輸有機電致發(fā)光材料第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五熱點研究課題：有機場效應(yīng)晶體管光伏打電池納米結(jié)構(gòu)與發(fā)光材料自組裝分子電子器件單線態(tài)(熒光發(fā)射)電致發(fā)光材料三線態(tài)發(fā)光材料---電致磷光發(fā)光材料，稀土摻雜及稀土配合物有機發(fā)光材料聚合物發(fā)光材料低聚物發(fā)光材料(oligomer/dendriticmaterials/hyperbranchedmaterials)第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光顯示技術(shù)的特點1.主動型發(fā)光,視角寬(可達170度)2.響應(yīng)速度快,是液晶顯示的1000倍3.低溫性能好4.可制成可彎曲顯示屏和透明顯示屏5.成本相對低第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光材料和器件的應(yīng)用舉例1.可作液晶顯示的背投光2.電子筆記本顯示屏3.移動電話的便攜式顯示器4.實現(xiàn)壁掛式和可卷曲可折疊式顯示屏5.制作大屏幕彩色薄膜電視機6.實現(xiàn)全固化顯示器,經(jīng)久耐用,在特殊場合下具有應(yīng)用優(yōu)勢,如在艦船上、飛機、坦克、航天器等經(jīng)受激烈震動的環(huán)境中使用,實現(xiàn)將顯示帶到野外、帶到嚴(yán)寒地區(qū)、帶到宇宙7.可用于醫(yī)療診斷及安全司法檢驗(如爆炸物及毒品的檢出)發(fā)光二極管的稱謂：因為EL器件同時具有整流與發(fā)光的特性,所以引用晶體管已有的概念,稱它為發(fā)光二極管(lightemittingdiodes,LED)第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光研究工作板塊1.有機材料化合物的分子設(shè)計、有機合成、結(jié)構(gòu)測定、應(yīng)用篩選2.器件的構(gòu)筑、性能測試3.工業(yè)應(yīng)用與開發(fā)這是一個系統(tǒng)工程第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光化合物分子設(shè)計的愿景1.強調(diào)創(chuàng)新關(guān)鍵是性能要出新而性能來源于化合物的結(jié)構(gòu),這是有機合成化學(xué)家和材料化學(xué)家的用武之地2.合成和儲備不同結(jié)構(gòu)和功能的材料根據(jù)具體情況和要求,去進行材料的選擇與合理匹配3.尤其要開發(fā)有利于發(fā)光器件構(gòu)筑的材料,真正達到實際的應(yīng)用和開發(fā),成本要低第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光材料(OELM)的類型1.金屬配合物(MetalComplexes)2.有機小分子化合物(LowMolecularWeightMaterials)3.聚合物(Polymer)4.低聚物(Oligomer/DendrimericMaterials)從發(fā)光類型區(qū)分：1.熒光發(fā)光材料,單線態(tài)材料2.磷光發(fā)光材料,三線態(tài)材料第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五金屬配合物發(fā)光材料舉例第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五優(yōu)良的OELM應(yīng)具備的要素具有較高的熒光和磷光量子效率具有優(yōu)良的發(fā)光性能具有優(yōu)良的載流子傳輸性能較好的熱穩(wěn)定性,合適的玻璃化溫度優(yōu)良的加工性，如好的成膜性或溶解性合適的能隙(energygap)第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五關(guān)于三線態(tài)發(fā)光材料(磷光發(fā)光材料)研究開發(fā)它的必要性：只利用單線態(tài)發(fā)光材料,電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率最高為25%利用三線態(tài)發(fā)光材料,電致發(fā)光器件的內(nèi)量子效率,理論上可達100%磷光發(fā)光材料的基本類型：將具有磷光發(fā)射的有機分子與重金屬摻雜或與重金屬形成配合物,利用重原子微擾效應(yīng)(自旋—軌道耦合作用),使有機分子的室溫磷光大大增強三線態(tài)發(fā)光材料,往往作為染料摻雜到合適的主體材料中,構(gòu)成主—客體組合，成為的合適的磷光發(fā)光材料第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五材料研究中經(jīng)常涉及和需進行測試的指標(biāo)1.發(fā)光效率2.發(fā)光顏色3.色純度4.發(fā)光壽命5.穩(wěn)定牲6.溶解性7.能量轉(zhuǎn)移性能8.電子轉(zhuǎn)移性能9.聚集態(tài)下的發(fā)光性能第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五有機電致發(fā)光器件構(gòu)筑示意圖第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五能帶理論在外電場作用下,電子或空穴從電極注入到有機層中,形成帶正電或負(fù)電的極化子(poloron)極化子在外電場的作用下發(fā)生移動相反電荷的極化子相互作用形成極化子激子(poloronexcitor)在發(fā)光層中激子通過發(fā)射輻射線(發(fā)光),而衰減(電子跳躍或者稱為弛豫)回到基態(tài)第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五負(fù)極（金屬）正極（ITO）發(fā)射光第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五為組成發(fā)光器件,需提供的材料種類：發(fā)光材料電子注入材料電子傳輸材料空穴注入材料空穴傳輸材料電極修飾材料阻檔層材料第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五

材料制備與性能研究舉例

有機電致發(fā)光材料以熒光為檢測信號的化學(xué)傳感、識別材料——簡介我實驗室在該領(lǐng)域的研究工作第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五課題背景（一）

——電致發(fā)光材料

從當(dāng)前研究結(jié)果來看，雖然許多有機電致發(fā)光材料已進入商業(yè)化的階段，然而還存在許多缺陷。到目前為止還未選出發(fā)光亮度和發(fā)光效率高、物化性質(zhì)穩(wěn)定、壽命長、驅(qū)動電位低、可很好地付諸實用的理想材料。為此我們的研究思路為:針對現(xiàn)有材料存在的問題，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能化研究，在發(fā)光理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)新穎的、性能優(yōu)良的有機電致發(fā)光材料。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五課題背景（二）

——以熒光為檢測信號的化學(xué)傳感、識別材料

有關(guān)熒光傳感識別材料的研究，雖已取得很大的進展，但還不能滿足實際的需要：如只能在有機介質(zhì)中識別、識別響應(yīng)信號單一、靈敏度低、識別作用的機理模糊、材料化合物分子復(fù)雜等，這在很大程度上限制了材料的實際應(yīng)用。因此目前的研究應(yīng)該從以下兩個方面進行：一方面明確識別作用的機理，探索新的作用機理；另一方面設(shè)計合成具有新的獨特響應(yīng)信號和應(yīng)用范圍寬的材料化合物。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五三、本學(xué)位論文的主要內(nèi)容功能材料目標(biāo)合成性能分析四個有機小分子五個識別化合物四個金屬絡(luò)合物四個有機聚合物光物理性能電性能識別性能第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五1.四個有機小分子發(fā)光材料（1）DyesandPigments,2005,64:31-34.(SCI核心)

第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（2）Spectrochimica.ActaPartA,2004,60:3029-3032.(SCI核心)

第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（3）Spectrochimica.ActaPartA,

2005,61:2505-2509.(SCI核心)

第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（4）Spectrochimica.ActaPartA,2006,63:15-20.(SCI核心)

第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五四個有機小分子發(fā)光材料光物理性能研究結(jié)果紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜;(2)量子產(chǎn)率，能帶隙；(3)溶劑效應(yīng)；(4)與電子給體和電子受體的相互作用;(5)與C60和碳納米管的相互作用.第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五通過篩選，對F-CZV的電致發(fā)光性能進行研究：SubmittedandCorrectedtoChemistryofMaterials

第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五2.四個有機聚合物發(fā)光材料（5）藍(lán)光材料

JournalofAppliedPolymerScience,

2005,98(1):434-438.(SCI核心)第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（6）紅光材料Polymer;2005,46(11):3952-3956.(影響因子2.849,SCI核心)

第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（7）藍(lán)綠光材料JournalofAppliedPolymerScience,2006,100(2),923-927.(SCI核心)

第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（8）藍(lán)光材料JournalofAppliedPolymerScience,

2007,inpress.(SCI核心)

第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五四個有機聚合物發(fā)光材料光物理性能研究結(jié)果紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜：(2)量子產(chǎn)率，能帶隙；(3)溶劑效應(yīng)；(4)與電子給體和電子受體的相互作用(5)與C60和碳納米管的相互作用第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五3.四個金屬絡(luò)合物發(fā)光材料（9）紅光材料專利號：ZL200410012446.2（發(fā)明專利）

第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（10）藍(lán)光材料專利號：ZL200410012447.7（發(fā)明專利）

第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（11）可調(diào)材料Spectrochimica.ActaPartA,2007,Acceptedandinpress.(SCI核心)第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（12）藍(lán)綠光材料SpetrochimicaActaPartA,

2007,66(4-5):1204-1207.(SCI核心)第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五四個金屬絡(luò)合物發(fā)光材料光物理性能研究結(jié)果紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜：(2)量子產(chǎn)率，能帶隙；(3)溶劑效應(yīng)；(4)與電子給體和電子受體的相互作用(5)與C60和碳納米管的相互作用第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五4.五個基于不同作用機理的識別傳感材料（13）-CD-CD-CD-CD基于光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移作用機理對Fe(III)離子識別的化合物。Spectrochimica.ActaPartA，2007,66(3):599-607.(SCI核心)第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五基于氫鍵和光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移的對Hg(II)離子識別的化合物，表現(xiàn)出新穎的不同波段的熒光同時增加和降低。（14）SensorsandActuatorsB:Chemical,

2007,122(2):600-640.

(影響因子2.645,SCI核心)

第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五（15）基于分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移理論對過渡金屬離子識別的化合物SensorsandActuatorsB:Chemical,

2007,120(2):665-668.(影響因子2.645,SCI核心)

第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期五第45頁，共5