現(xiàn)代科技綜述知識文庫：有機光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

1、現(xiàn)代科技綜述系列有機光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)科技是人類區(qū)別于動物的重要文明之一，是人類對自然規(guī)律研究和利用的學(xué)科。本文提供對科技基本概念“有機光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)”的解讀，以供大家了解。有機光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)大多數(shù)的有機半導(dǎo)體都具有顯著的光電導(dǎo)性，稱作為有機光導(dǎo)體。如：稠環(huán)芳香族化合物蒽、芘等分子晶體，酞菁、份菁類染料，四氰基對二亞甲基苯醌(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)一類分子絡(luò)合物以及聚丙烯腈、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔之類高聚物等。它們的共同結(jié)構(gòu)特征是這些固體是由具有共軛雙鍵系統(tǒng)的分子形成的，其性質(zhì)很大程度上取決于分子間的相互作用和有序排列。對此研究不僅能探明有機體系的一些特殊的電磁性質(zhì)，而且若干有機光導(dǎo)體已用作

2、靜電復(fù)印中的感光鼓，同樣在一些輻射探測器及太陽能電池之類光電轉(zhuǎn)換器件中，有機光導(dǎo)體也已顯示端倪。1906年意大利Poechettino發(fā)現(xiàn)了固體蒽的光電導(dǎo)，1960年之后它仍作為一類典型的有機光導(dǎo)體被人們持續(xù)研究著。1948年英國Eley研究了熱穩(wěn)定的酞菁H2Pc得出它的電導(dǎo)()與溫度(T)關(guān)系符合半導(dǎo)體規(guī)律： =0exp(EactKT)=0exp(2KT) 其中活化能Eact=2=12eV，即為能隙，它相當于基態(tài)滿軌道至第一激發(fā)態(tài)空軌道間距離。自此，日本赤松、井口等教授對一系列的稠環(huán)化合物例如蒽烯紫(Violanthrone)等進行了半導(dǎo)體物性研究，開拓了一系列有機光導(dǎo)體。1954年，他們又

3、和松永教授一起發(fā)現(xiàn)了芘一碘電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(分子絡(luò)合物)為良導(dǎo)體。1973年Ferraris和Coleman等發(fā)現(xiàn)了高電導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物TTFTCNQ，它們是電子施主(donor)和電子受主(accepter)經(jīng)過部分電荷轉(zhuǎn)移而形成的。它的晶體結(jié)構(gòu)是由電子受主TCNQ和電子施主TTF各自層疊成分列柱，柱內(nèi)由于電子云的交疊TTF與TCNQ柱間有部分電荷轉(zhuǎn)移有利于載流子的遷移。這類電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物具有光電導(dǎo)，而且遷移率與單一分子晶體大體相同。在同一時期，人們對高分子有機光導(dǎo)體也做了大量的工作。其中，具有大共軛體的乙烯基聚合物是至今研究得最多的一類，這一類最典型的代表即1959年Hoegal等發(fā)表的聚

4、N乙烯基卡唑(PVCz)，這是此領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)僅有的達到應(yīng)用化程度的高分子。此外還有面狀共軛高分子如聚蒽醌自由基聚合物、熱處理聚丙烯腈，以及線狀共軛高分子如1977年MacDiarmid等發(fā)現(xiàn)的摻雜聚乙炔，其電導(dǎo)可從1011Sm提到105Sm，再如聚聯(lián)乙炔、聚炔烴等。有機光導(dǎo)體的發(fā)展早期就有著很強的實用背景，如1938年美國Carlson發(fā)明的靜電復(fù)印Xerox過程即是用蒽作為光導(dǎo)體，然后才為硒所取代，但然后有機光導(dǎo)體PVCZ也已能在這方面付諸實用。同樣的原因，具有平面大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)的酞菁類化合物在作為一種典型的有機光導(dǎo)體研究數(shù)十年之久，現(xiàn)在由于它的光譜響應(yīng)適合于以半導(dǎo)體發(fā)光管為光源的激光打印機及印刷

5、工業(yè)發(fā)展等需要，仍在作廣泛的研究。例如：絡(luò)合不同金屬離子的酞菁染料及若干新型的酞菁化合物氯鋁酞菁、氧釩酞菁之類的開發(fā)研究，用它們作為光導(dǎo)體能得到更為優(yōu)異的靜電復(fù)印性能，再如金屬酞菁的高分子化合物M(Pc)On是屬于金屬大環(huán)高度規(guī)則地排列成“面對面”結(jié)構(gòu)，而酞菁環(huán)之間的距離取決于中心金屬離子半徑，M(Pc)On高分子被鹵素或其它氧化劑氧化(即“摻雜”)之后的電導(dǎo)可達141cm1，且對空氣穩(wěn)定。這些都是以靜電復(fù)印為目標的有機光導(dǎo)體研究的進展；還有一類是和生命科學(xué)相關(guān)聯(lián)，以闡明生物高分子中的能量轉(zhuǎn)移為目標的工作，如對于NaDesoxyribonucleate(NaDNA)及Ribonucleicac

6、id(RNA)的工作得出其暗電導(dǎo)為2104Sm，能隙為236eV。此外，在有機太陽能電池研制以及用于激光光盤記錄介質(zhì)等新技術(shù)中，尚開發(fā)有方酸染料(Squarylium dyes)及芘四甲酰雙亞胺染料(perylene tetracarboxylic derivatives)之類的新型有機光導(dǎo)體，前者結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且其光譜范圍寬廣，更適合于用太陽光譜相匹配；后者不僅穩(wěn)定性好，而且具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。各種樣新型的有機光導(dǎo)體正在蓬勃地發(fā)展之中?！緟⒖嘉墨I】： 1 Eley D DNature，1948，162819 2 Akamato H，et alNature，1954，173168 3 Hoegl Het al Ger Pat 1959，1068115 4 Ferraris J，et alJ Am Chem Soc，1973，95948 5 Coleman L B，et al Solid State Comm，1973，121225 6 Mac Diarmid A G，et alphys Rev Let