1、專業班級：高分子材料與工程1102班 組 長: 黃鵬程 組 員：耿佳斌 湯信巧 李瑩 徐芳芳 白榮華 楊帥 小組箴言：要有最樸素的生活和最遙遠的夢想， 即使明天天寒地凍，路遙馬亡。,發光材料,發光材料是怎么來的,（1）,發光材料的品種,發光材料都用于干什么,發光材料的具體應用實例,（3）,（4）,（6）,發光材料的優缺點,關于發光材料現在人們的研究方向,（2）,（5）,發光的定義,當某種物質受到激發（射線、高能粒子、電子束、外電場等）后，物質將處于激發態，激發態的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分的能量是位于可見、紫外或是近紅外的電磁輻射，此過程稱之為發光過程。 發光就是物質在熱輻射之

2、外以光的形式發射出多余的能量，這種發射過程具有一定的持續時間。,一、發光材料是怎么來的,發光材料,能夠實現上述過程的物質叫做發光材料。物質內部以某種方式吸收能量，將其轉化成光輻射(非平衡輻射)的過程稱為發光；在實際應用中，將受外界激發而發光的固體稱為發光材料。它們可以粉末、單晶、薄膜或非晶體等形態使用，主要組分是稀土金屬的化合物和半導體材料，與有色金屬關系很密切。,在發光領域中，有機材料的研究日益受到人們的重視。因為有機化合物的種類繁多，可調性好，色彩豐富，色純度高，分子設計相對比較靈活。 有機小分子發光材料種類繁多，它們多帶有共軛雜環及各種生色團，結構易于調整，通過引入烯鍵、苯環等不飽和基團

3、及各種生色團來改變其共軛長度，從而使化合物光電性質發生變化。,但是小分子發光材料在固態下易發生熒光猝滅現象，一般摻雜方法制成的器件又容易聚集結晶，器件壽命下降。因此眾多的科研工作者一方面致力于小分子的研究，另一方面尋找性能更好的發光材料，高分子發光材料就應運而生了。,光致發光高分子材料,光致發光（Photoluminescence，簡稱 PL）是冷發光的一種，指物質吸收光子（或電磁波）后重新輻射出光子（或電磁波）的過程。從量子力學理論上，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態后返回低能態，同時放出光子的過程。 光直接照射到材料上，被材料吸收并將多余能量傳遞給材料，這個過程叫做光激

4、發。這些多余的能量可以通過發光的形式消耗掉。由于光激發而發光的過程叫做光致發光。,光致發光高分子材料的定義,光致發光高分子材料是將熒光物質(芳香稠環、電荷轉移絡合物或金屬)引入高分子骨架的功能高分子材料。,當分子中的一個電子吸收光能量被激發時，通常它的自旋不變，則激發態是單重態如果激發過程中電子發生自旋反轉，則激發態為三重態三重態的能量常常較單重態低當有機分子在光能(光子)激發下被激發到激發單重態(S)，經振動能級馳豫到最低激發單重態(S1)，最后由S1回到基態S0，此時產生熒光，或者經由最低激發三重態(T1)，(S1-T1)，最后產生T1-S0的電子躍遷，此時輻射出磷光,光致發光高分子材料原

5、理,有機物的發光是分子從激發態回到基態產生的輻射躍遷現象獲得有機分子發光的途徑很多，光致發光中大多數有機物具有偶數電子，基態時電子成對的存在于各分子軌道根據泡利不相容原理，同一軌道上的兩個電子自旋相反，所以分子中總的電子自旋為零，這個分子所處的電子能態稱為單重態(2s+1=0),電致發光高分子材料,電致發光(electroluminescent)，又可稱電場發光，簡稱EL，是通過加在兩電極的電壓產生電場，被電場激發的電子碰擊發光中心，而引致電子解級的躍進、變化、復合導致發光的一種物理現象。電致發光物料的例子包括摻雜了銅和銀的硫化鋅和藍色鉆石。目前電致發光的研究方向主要為有機材料的應用。,電致發

6、光高分子材料定義,PLED（polymerlight-emittingdiode的縮寫）,即第二種有機發光材料為高分子聚合物，也稱為高分子發光二極管(PLED)，由英國劍橋大學的杰里米伯勒德及其同事首先發現。聚合物大多由小的有機分子以鏈狀方式結合在一起，以旋涂法形成高分子有機發光二極管。,電致發光高分子材料發光原理,電致發光是通過正負電極向發光層的最高占有軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO)分別注入空穴和電子,這些在電極附近生成的空間電荷相對遷移,在發光層內,電子和空穴相遇復合,形成激子,激子經過輻射衰變而發射可見光,或者激發活性層中其他發射體分子而發光。,二、發光材料的分類,按激發方式可

7、分為： 1、光致發光材料 2、電致發光材料 3、陰極射線發光材料 4、化學發光材料 5、熱致發光材料,陰極射線發光材料,發光原理：電子束激發發光材料引起的發光。,射線轟擊礦物可發出可見光,化學發光材料,熱致發光材料,受激發后的發光體在停止發光后，對其加熱升溫，又繼續發光并逐漸加強的材料叫熱致發光材料。但熱能不是用來激發發光，而是釋放光能的。,光致發光材料,根據光致變色化合物或基團可分為6大類 1、甲亞胺結構型：主鏈含鄰羥基苯亞甲胺基團的高分子具有光致變色功能，光致變色機理是在光照下甲亞氨基鄰位羥基上氫發生分子內遷移，使順式烯醇變為反式酮，導致吸收光譜變化。,2、硫卡巴腙結構型：由對（甲基丙烯酰

8、氨基）苯基二硫腙絡合物與苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酰胺的共聚物制備的光致變色高分子，在光照下可變色。,3、偶氮苯型 在高分子主鏈或側鏈引入偶氮苯，可制備光致變色高分子材料，光致變色機理由偶氮苯的順反異構引起，偶氮苯在光照下可從反式轉為順式，順式是不穩定的，在暗條件下回復到反式。,4、聚聯吡啶型 在光照下發生氧化-還原反應而變色。,5、噻嗪結構型 噻嗪是含硫和氮雜原子的雜環化合物，光致變色機理是通過氧化-還原反應，其氧化態是有色的，還原態是無色的。,6、螺結構型 螺苯并吡喃和螺噁嗪具有光致變色功能螺苯吡喃和甲基丙烯酸甲酯共聚或接枝到高分子側鏈上可制備此類光致變色高分子材料。,電致發

9、光材料,電致發光高分子材料大體分為以下幾類 1、芴類電致發光材料（芴的均聚物、共聚物） 在眾多的聚合物電致發光材料中，聚烷基芴及其衍生物由于具有較高的熒光效率、較好的光熱穩定性、發射光譜可以覆蓋整個可見光區等優點，成為近來研究和開發的重點。,聚芴,芴均聚物,2、芴的納米晶或納米乳液類電致發光材料,3、PPV類電致發光材料,從結構上可分為含氟的PPV衍生物、含氰基的PPV衍生物、含噻吩的PPV衍生物、含吡啶的PPV衍生物、含噁二唑的PPV衍生物、含萘的PPV衍生物、含芴的PPV衍生物、側鏈含C60的PPV衍生物、以及含磷的PPV衍生物等,4、聚噻吩類（PTs）電致發光材料,在電致發光領域，PT自

10、1991年被Ohmori首次發現電致發光性質以來，經過10多年的發展，PT是僅次于PPV的高分子材料,5、聚苯類（PPPs）電致發光材料,發光材料的特點,夜明設施 熒光燈 高清顯示設備,夜明設施（長余輝材料）,長余輝發光材料是一種性能優良，無需任何電源就自行行發光的材料。 長余輝發光材料是吸收光能后進行蓄光而后發光的物質。白天利用太陽光能蓄光，夜晚發光這一特點，使其在發光的鐘表、輪船、飛機的儀表盤,道路照明，建筑標志物等的應用上有著誘人的前景，是一種絕好的“綠色”光源。 在光線較暗的場所、黑夜或者突然照明斷電的時候，這種材料能起到應急顯示、安全照明的作用。沒有放射性、安全可靠、結構穩定。,熒光

11、燈（日光燈、節能燈）,熒光燈用熒光粉,對于燈用熒光粉的要求就是能強烈吸收254nm的輻射 線，并能高效的轉化這些被它吸收的輻射能。 20世紀50年代以后的熒光燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。鹵粉價格便宜，但發光效率不夠高，熱穩定性差，光衰較大，光通維持率低，因此，它不適用于細管徑緊湊型熒光燈中。,我們目前使用較多的熒光燈采用低壓汞蒸氣發射254nm紫外光作為激發光源。這類熒光材料由于技術成熟，量子效率可以接近100%，能量轉換效率可以接近50%。但是汞有毒，容易對環境和人們身體健康造成危害。 出于環保考慮，新興的無汞熒光燈選用惰性氣體放電發光來代替汞蒸汽激發熒光粉，主要采用在惰性氣體中能量轉化效

12、率最高的Xe氣。,高清顯示設備,復雜的制備工藝 低發光效率 不能大面積平板顯示 發光顏色不易調節 較難實現全色發光，尤其是藍光,存在的問題,無機半導體,有機 EL 器件特別是高分子EL 器件體現了下一代高清顯示設備的主要特點，在彩色平板顯示領域顯示了強大的競爭力。 低壓直流驅動：驅動電壓小于 10V，省電 亮度高：最大亮度超過14萬cd/m2，而CRT最大亮度為150 cd/m2，LCD最大亮度約為500 cd/m2 響應速度快：10-8s，響應時間比 LCD 顯示屏快 1 萬倍，這個速度更適合數字設備支持視頻節目 超薄：厚度僅為 LCD 的1/10 其他：視角寬、全固化、對比度高、主動發光、

13、工作溫度范圍寬、可實現軟屏顯示，等等,多年來，研究人員對有機小分子電致發光性能開發作了大量的嘗試并取得了巨大的成就。例如，2005 年，韓國三星公司在國際數據顯示博覽會(IMID)上，推出了 40 英寸 OLED電視機，具1280 x800 的分辨率，最大亮度 600nit，對比度 5000:1。 但是，有機小分子發光材料普遍存在容易結晶和界面分相等問題，降低了器件的壽命，加上器件制作主要采用真空蒸鍍方式，不僅成本高，工藝相對復雜，同時也給實現大面積顯示帶來了一定的困難。,相比于有機小分子發光材料，聚合物發光材料具有如下優勢：,具有良好的機械加工性，其玻璃化溫度高，不易結晶，器件制作簡單 可采

14、用旋涂、噴墨打印等簡單方式成膜，很容易實現大面積顯示 通過選擇不同的聚合物，或通過改變共軛長度、更換取代基、調整主、側鏈結構及組成等多種途徑得到包括紅、綠、藍三基色的各種顏色的發光,利用聚合物的繞曲性，可在柔韌的襯底上制作可折疊的顯示器,因此，聚合物發光材料被認為是制備質輕、成本低、可折疊卷曲的柔性顯示器的首選材料。,四、發光材料的用途,光致發光材料的應用,光致發光材料的應用較為普遍。光致發光粉是制作發光油墨、發光涂料、發光塑料、發光印花漿的理想材料。發光油墨不但適用于網印各種發光效果的圖案文字，如標牌、玩具、字畫、玻璃畫、不干膠等，而且因其具有透明度高、成膜性好、涂層薄等特點，可在各類浮雕、

15、圓雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、高分子畫、燈飾等工藝品上噴涂或網印，在不影響其原有的飾彩或線條的前提下大大提高其附加值。發光油墨的顏色有：透明、紅、藍、綠、黃等。,稀土光致發光高分子材料 主要用于各類不同用途的光源，如照明、復印機光源、光化學光源等。其中三基色熒光粉(由輻射紅、綠、藍色光的三種稀土的熒光粉按一定比例混合而成)制成的節能燈，由于光效高于白熾燈二倍以上，光色好，受到世界各國的重視,光致發光材料應用在安全方面與裝飾品或其他小物品上,光致儲能夜光粉采用新型稀土發光材料,電致發光材料的應用,為實現彩色電致發光平板顯示，目前大力研究開發摻雜稀土的電致發光的薄膜材料，一種等離子顯示板(P

16、DP)已經開發成功制成了壁掛式的彩色電視機。PDP發光原理是在兩塊基玻璃基板之間的惰性氣體在電壓作用下發生氣體放電而產生紫外線，進而激發三基色熒光粉而產生光。由于PDP響應速度快，視角大，亮度高而制成大屏幕。 日本富士通開發的PDP大屏幕(42英寸大屏幕，厚15cm)彩色已推向市場。等離子顯示屏中大都采用稀土熒光粉。 因此，在等離子顯示屏取代了今天的電視后，對稀土熒光粉的需求將大大增加,OLED簡單介紹,電致發光顯示設備一般包括發光二極管(LED)、粉末磷設備、薄膜電致發光設備(TFEL)和厚介質電致發光設備等。 OLED為有機LED OLED的主要應用領域包括： 壁掛電視與電腦顯示器。OEL

17、D具有高亮度、寬視角、高對比度、色彩豐富等特性，尤其是重疊像素OELD(SOLED)顯示技術能夠提供比傳統顯示技術高3倍的分辨率，可調節色彩及像素尺寸到無限小，適合于高清晰顯示器。OELD顯示器比液晶顯示器(LED)更輕、更薄，制造的壁掛電視更美觀、更節省空間。 通訊終端與儀表顯示工作空間狹小的汽車駕駛室給OELD顯示器提供了用武之地，OELD工作電壓低、能耗低，它可大大減少汽車駕駛室內熱量和電子噪聲的產生 軍事與航天領域。OLED有極佳的抗震性及寬溫度特性(一4070)，能在惡劣的環境中正常工作，可用于機載顯示設備 透明OELD(TOELD)與柔軟OELD(FOLED) 美國通用顯示公司研發

18、的TOELD與FOELD將改變傳統顯示器概念，它為人們提供一種像玻璃一樣透明、像紙一樣柔軟的顯示器,電致發光高分子材料,LED發光字,電致發光冷光標,電致發光冷光標,電致發光纖維 廣告牌制作材料,有機電致發光二極管制作柔軟屏幕手機,t恤均衡器電致發光燈,五、現在人們對于發光材料的研究方向？,1、光致發光材料： （1）、半導體光致發光特性研究 光致發光是半導體光學的重要部分。盡管國內外有很多人在研究光致發光,但是研究大多都是集中在利用光致發光譜分析材料的缺陷和器件的結構等。,半導體光致發光材料的研究從事了光致發光的探索性研究,主要研究了光致發光的能帶結構、發光效率和輸出特性。通過提高輻射復合效率

19、,減少非輻射復合的效率，進而提高發光效率。,輻射復合效率的提高就要求盡量把載流子集中到一個區域。在以上分析的基礎上,得到了滿足要求的結構,并且利用異質結的勢壘高度和漸變能帶產生的電場,進一步增加載流子濃度。接著,利用ISETCAD軟件,分別優化外體區吸收層和外激活區吸收層,得出每種情況下的最優結構。,59,然后對比分析了發光區域采用不同材料、寬度為大尺寸或量子尺寸時,對于器件的影響。還分析了發光區域的寬度處于量子尺寸時,兩邊勢壘高度的變化對于光致發光特性的影響。最后總體考慮各層對于結構的影響,得出最有利于提高光致發光輸出能量的結構。,半導體發光照明材料：,2、電致發光材料：,（1）POSS基電

20、致發光材料的合成與性能研究： 以乙烯基三氯硅烷和環戊基三氯硅烷為原料，經過水解縮合分別制備了八乙烯基POSS(POSS1)和三羥基七環戊基七聚硅氧烷。T7和丙基三氯硅氧烷通過頂角戴帽反應得到了烯丙基-七環戊基,（2）、四芳基硅有機電致發光材料的合成及性質 研究,四面體有機分子作為樹枝狀有機物,具有良好的發光性能,在化學和材料方面引起了很多的注意。具有這些分枝結構的熒光材料,由于自身的空間位阻,不容易在固態下聚集。,研究中通過氫譜、碳譜和質譜對四芳基硅化物的結構進行了表征，并測定了它們溶液中的吸收和發射光譜。,（3）有機電致發光器件（OLED）用吡嗪嘧啶銥（）磷光材料的研究：,通過合成吡嗪系列有

21、機主配體和嘧啶系列有機輔助配體,以及它們的銥()系列配合物,并通過元素分析,熔點測定,核磁共振等手段對合成的化合物進行結構表征,利用紫外-可見光譜儀和熒光光譜儀測定銥()系列配合物磷光材料的吸收光譜以及光致發光光譜,發光材料在我們生活中扮演重要的角色，人們對它的研究也不曾停止。除了上述的一些研究之外，發光材料與器件國家重點實驗室華南理工大學主要研究有機高分子發光器件、摻稀土光學功能材料結構與發光性能、太陽電池、傳感器和探測器、全印刷制備光電器件等；另外還有對于銪紅色電致發光材料的合成和性質研究,發光材料在我們生活中扮演重要的角色，人們對它的研究也不曾停止。除了上述的一些研究之外，發光材料與器件

22、國家重點實驗室華南理工大學主要研究有機高分子發光器件、摻稀土光學功能材料結構與發光性能、太陽電池、傳感器和探測器、全印刷制備光電器件等；另外還有對于銪紅色電致發光材料的合成和性質研究,發光材料在我們生活中扮演重要的角色，人們對它的研究也不曾停止。除了上述的一些研究之外，發光材料與器件國家重點實驗室華南理工大學主要研究有機高分子發光器件、摻稀土光學功能材料結構與發光性能、太陽電池、傳感器和探測器、全印刷制備光電器件等；另外還有對于銪紅色電致發光材料的合成和性質研究,人造小太陽以及對OLED的進一步研究等,人造小太陽的研究,（4）OLED的研究： OLED顯示技術具有自發光的特性，采用非常薄的有機

23、材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發光，而且OLED顯示屏幕可視角度大，并且能夠顯著節省電能，從2003年開始這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，OLED屏幕具備了許多OLED。,自從 鄧青云教授和Vanslyke 采用了超薄膜技術，用透明導電膜作陽極，AlQ3作發光層，三芳胺作空穴傳輸層，Mg/Ag 合金作陰極，制成了雙層有機電致發光器件。1990 年，Burroughes 等人發現了以共軛高分子PPV 為發光層的OLED，從此在全世界范圍內掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“OLED之父”。,OLED,OLED,OLED,OLED,3、,4、,5、,2

24、、,光致發光材料的應用,電致發光材料的應用,陰極射線發光材料的應用,化學發光材料的應用,熱致發光材料的應用,1、,六、發光材料的應用,光致發光材料的應用,一,光致發光材料一個主要的應用領域是照明光源，包括低壓汞燈、高壓汞燈、彩色熒光燈、三基色燈和紫外燈等。,低壓汞燈與紫外燈,低壓汞燈,低壓汞燈又稱滅菌燈，主要應用作殺菌燈、熒光分析、光譜儀波長基準。低壓汞燈光強低，光固化速度慢，但發熱量小，不需冷卻就可使用，在印刷制版上用得也較多。,紫外線殺菌燈（UV燈），實際上是屬于一種低壓汞燈。它利用低壓汞蒸汽（10-2Pa）被激發后發射的紫外線被燈管內壁的熒光粉吸收后激發出可見光。,低壓汞燈與紫外燈,紫外

25、燈,低壓汞燈消毒殺菌用途很廣，有醫院、學校、托兒所、電影院、公交車、辦公室、家庭等，它能凈化空氣，消除霉味，另外還能產生一定量的負氧離子，經紫外線消毒的房間，空氣特別清新。在公共場合，經紫外線消毒，可避免一些病菌經空氣傳播或經物體表面傳播。長壽命的紫外線殺菌燈在水消毒、環保工程方面的應用意義重大。,高壓汞燈,高壓汞燈,高壓汞燈是玻殼內表面涂有熒光粉的高壓汞蒸汽放電燈，發柔和的白色燈光。結構簡單，低成本，低維修費用，可直接取代普通白熾燈，具有光效長，壽命長，省電經濟的特點。,主要用于工業照明、倉庫照明、街道照明、泛光照明、安全照明等。 高壓汞燈發出的光中不含紅色，它照射下的物體發青， 因此只適于

26、廣場、街道的照明。,彩色熒光燈,彩色熒光燈,彩色熒光燈燈管內壁涂有熒光粉，熒光粉吸收紫外線的輻射能后發出可見光。熒光粉不同，發出的光線也不同，這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。熒光燈的發光效率遠比白熾燈和鹵鎢燈高，是目前節能的電光源。,三基色燈,三基色燈,三基色是指紅、綠、藍三種基本色光，熒光燈用的紅綠藍三種基色熒光粉都以稀土元素作為主要成分。三基色熒光燈就是在燈管上涂有三基色稀土熒光粉，并填充高效發光氣體而制成的。三基色熒光燈是優質的綠色照明產品，目前世界各國都在大力提倡和推廣的光源。在歐美和日本等發達國家，它已取代了大部分的白熾燈，并逐步取代普通熒光燈。,光致發光材料的應用,二,光致材料的另一個重要的應用領域是等離子體顯示。,等離子體顯示技術（PDP）主要利用電極加電壓、惰性氣體游離產生的紫外光激發熒光粉發光制成