《光電功能材料與器件》教學(xué)大綱.docx

1、光電功能材料與器件課程教學(xué)大綱課程代碼（五號(hào)黑體）：MCHM3042課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)必修課程授課對(duì)象：材料化學(xué)、功能材料等專(zhuān)業(yè)開(kāi)課學(xué)期：總學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)學(xué) 分：3學(xué)分講課學(xué)時(shí)：52學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)指定教材：王筱梅，有機(jī)光電材料與器件，化學(xué)工業(yè)出版社，2014年參考書(shū)目（五號(hào)黑體）5-20部左右（五號(hào)宋體）劉恩科，半導(dǎo)體物理學(xué)，電子工業(yè)出版社，2007年黃昆半，導(dǎo)體物理基礎(chǔ)，科學(xué)出版社，1999年李曄，光化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2000年劉亟須，物理光學(xué)基礎(chǔ)教程，北京理工大學(xué)出版社，2000年朱建國(guó)，電子與光電子材料，國(guó)防工業(yè)出版社，2007年劉云圻，有機(jī)納米與分子器件

2、，科學(xué)出版社，2010年李文連，有機(jī)光電子器件的原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，科學(xué)出版社，2012年教學(xué)目的：（五號(hào)黑體）木課程為材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)和功能材料專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解和掌握 各種光電材料的基本原理、基本性質(zhì)、制備技術(shù)，及光電子材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)有。了解 和掌握光電了器件相關(guān)理論與器件物理，掌握有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽(yáng)能電池、有機(jī)場(chǎng)效 應(yīng)晶體管、生物傳感器等分子材料器件的基本類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理、電學(xué)特性、電學(xué)特性 參數(shù)表征及其應(yīng)用，為光電器件的研究、設(shè)計(jì)及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。第一章物質(zhì)吸收光譜與顏色（五號(hào)黑體）課時(shí)：2.5周，共8課時(shí)（五號(hào)宋體）教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)光的基本性

3、質(zhì)光的波粒二象性第二節(jié)電子躍遷一、基態(tài)與激發(fā)態(tài)分子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)的性質(zhì)比較二、電子躍遷類(lèi)型有機(jī)分子電子能級(jí)躍遷三、躍遷允許與躍遷禁阻電子躍遷允許與躍遷禁阻示意圖第三節(jié)紫外-可見(jiàn)吸收光譜一、吸收光的條件能量要大于一定值二、朗伯-比耳定律樣品對(duì)光波的吸光能力與該溶液的濃度和吸收層厚度成正比。三、紫外-可見(jiàn)吸收光譜在近紫外-可見(jiàn)-近紅外光譜區(qū)域內(nèi)，某一樣品對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收強(qiáng)度的變化情 況，簡(jiǎn)稱(chēng)吸收光譜。四、紫外-可見(jiàn)吸收光譜儀物質(zhì)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜可由紫外-可見(jiàn)吸收光譜儀測(cè)定。第四節(jié)影響紫外-可見(jiàn)吸收光譜的因素一、常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)發(fā)色團(tuán)、助色團(tuán)、紅移、藍(lán)移、增色、減色、R帶、K帶、B帶和E帶，分子內(nèi)

4、電荷轉(zhuǎn) 移吸收帶ICT帶。二、共輒效應(yīng)兀-兀共輒效應(yīng)、p-兀共貌效應(yīng)、超共銅效應(yīng)三、空間效應(yīng)平面性效應(yīng)四、溶劑效應(yīng)分子的最大吸收峰位和摩爾吸光系數(shù)受溶劑極性影響的現(xiàn)象稱(chēng)為溶劑效應(yīng)。五、取代基效應(yīng)取代基的結(jié)構(gòu)對(duì)分子吸收光譜產(chǎn)生影響，這一現(xiàn)象稱(chēng)為取代基效應(yīng)。六、濃度效應(yīng)物質(zhì)的吸收光譜一般在很稀的溶液中測(cè)得，因?yàn)橹挥性诤芟〉娜芤褐胁拍鼙苊夥肿娱g 的相互作用，真實(shí)反映出分子的光譜行為。當(dāng)濃度增大時(shí)，分子間的相互作用加強(qiáng)，常常導(dǎo) 致吸收峰位紅移、吸光度發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為濃度效應(yīng)。七、分子聚集體的吸收光譜分子的聚集體通?？煞譃镴-聚集體和H-聚集體。第五節(jié)分子結(jié)構(gòu)與顏色一、基本概念吸收色與補(bǔ)色，兀-兀

5、共轆效應(yīng)與顏色，p-共輾效應(yīng)與顏色二、偶氮化合物三、葉噂化合物四、猷菁化合物五、茂類(lèi)化合物第六節(jié)染料的分類(lèi)與應(yīng)用一、偶氮染料二、慈醍染料三、靛族染料四、芳甲烷類(lèi)染料五、菁系染料六、猷菁染料七、活性染料思考題：1、解釋下列名詞：基態(tài)、激發(fā)態(tài)、電子躍遷、吸收光譜、紅移、藍(lán)移、ICT吸收帶。第二章物質(zhì)熒光與熒光傳感課時(shí)：2.5周，共8課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)激發(fā)態(tài)及其衰變一、單線態(tài)、三線態(tài)分子吸收-定頻率光子可從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，相應(yīng)地，電子從基態(tài)能級(jí)躍遷至激發(fā) 態(tài)能級(jí)上，此時(shí)的電子有兩種不同的排布情況。二、激發(fā)態(tài)衰變（輻射衰變、非輻射衰變）三、熒光、磷光二、內(nèi)轉(zhuǎn)換（IC）和系間竄越（ISC）三、激發(fā)態(tài)衰

6、變能級(jí)圖第二節(jié)熒光光譜一、熒光發(fā)射光譜熒光光譜分為熒光激發(fā)光譜與熒光發(fā)射發(fā)光譜兩類(lèi)，前者是固定發(fā)射波長(zhǎng)，檢測(cè)在一 定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)待測(cè)樣品的熒光強(qiáng)度：后者是固定激發(fā)波長(zhǎng)，檢測(cè)在定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)待測(cè) 樣品的熒光強(qiáng)度。二、熒光光譜一般特征與吸收光譜呈鏡像關(guān)系、斯托克斯位移、反斯托克斯位移。三、熒光性質(zhì)熒光量子產(chǎn)率、熒光壽命、熒光速率常數(shù)。第三節(jié)影響熒光性質(zhì)的因素、共輒效應(yīng)分子的共鈕程度越大、熒光峰位紅移越多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為共輒效應(yīng)。二、平面效應(yīng)分子剛性的增加減弱了分子的振動(dòng)弛豫，從而使分子的激發(fā)能不易因振動(dòng)而以熱能形 式釋放，故有利于熒光產(chǎn)生。三、取代基效應(yīng)熒光分子多半具有兀-共軸母體結(jié)構(gòu)，若在此結(jié)構(gòu)上

7、連接取代基，對(duì)熒光性質(zhì)有著很大 的影響，這種現(xiàn)象稱(chēng)為取代基效應(yīng)。四、溶劑效應(yīng)熒光分子發(fā)射性質(zhì)隨溶劑極性不同而發(fā)生變化的現(xiàn)象。五、濃度效應(yīng)與聚焦態(tài)熒光濃度淬滅現(xiàn)象、基態(tài)復(fù)合物或聚集體，激態(tài)復(fù)合物，聚集態(tài)熒光六、其他因素溶劑粘度、重原子效應(yīng)和溫度效應(yīng)。第四節(jié)磷光發(fā)射磷光強(qiáng)度、磷光壽命、重原子效應(yīng)第五節(jié)輻射能量轉(zhuǎn)移與非輻射能量轉(zhuǎn)移一、輻射能量轉(zhuǎn)移個(gè)激發(fā)態(tài)分子通過(guò)輻射能量轉(zhuǎn)移方式將其激發(fā)能傳遞給另基態(tài)分子，自身回落至 基態(tài)而使后者發(fā)光，這一能量轉(zhuǎn)移過(guò)程稱(chēng)為輻射能邑轉(zhuǎn)移。二、非輻射能量轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)分子通過(guò)非輻射能量不發(fā)光轉(zhuǎn)移方式將其激發(fā)能傳遞給受體分子A,這一過(guò) 程不再有輻射現(xiàn)象發(fā)生。非輻射能量轉(zhuǎn)移包括共

8、振能量轉(zhuǎn)移和電子交換能量轉(zhuǎn)移兩種形式。三、Stern-Volmer猝滅方程當(dāng)分子的熒光強(qiáng)度隨著體系中另一種化合物濃度的增大而降低時(shí)，這種化合物稱(chēng)為熒 光分子猝滅劑，且該分子的熒光降低與猝滅劑濃度之間存在線性關(guān)系。第六節(jié)熒光化學(xué)傳感器一、熒光傳感分子結(jié)構(gòu)二、熒光傳感器信號(hào)表達(dá)三、熒光傳感分子實(shí)例思考題：1、畫(huà)出Joblonski圖并解釋下列各名詞：基態(tài)、激發(fā)態(tài)、單線態(tài)、多重態(tài)、輻射衰變、非輻 射衰變、內(nèi)轉(zhuǎn)換、系間竄越、熒光、磷光、斯托克斯位移。第三章 光致變色與電致變色材料課時(shí)：2周，共6課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)光致變色現(xiàn)象一、變色材料二、光致變色概念化合物A在受到一定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生

9、成化合物B；而在另一波長(zhǎng) 的光照射下或熱的作用下又可以恢復(fù)到化合物A,由于化合物A和B的分子結(jié)構(gòu)不同， 最大吸收波長(zhǎng)也不同，所以外觀上將顯示出截然不同的顏色，這種現(xiàn)象筮為光致變 色，這種材料稱(chēng)為光致變色化合物。三、光致變色機(jī)理第二節(jié)光致變色材料一、偶氮化合物二、水楊醛縮芳胺三、二芳基乙烯類(lèi)衍生物三、螺毗喃類(lèi)化合物三、俘精酸酣與周環(huán)反應(yīng)第三節(jié)光致變色材料的應(yīng)用一、光開(kāi)關(guān)器件二、光信息存儲(chǔ)第四節(jié)電致變色材料一、紫精衍生物在電場(chǎng)作用下發(fā)生穩(wěn)定、可逆的氧化還原反應(yīng)，在外觀上表現(xiàn)為顏色或透明度可逆變 化的一類(lèi)智能性材料。二、金屬歐菁三、聚苯胺四、多聯(lián)毗嚏金屬配合物五、電致變色性能六、電致變色器件七、電致

10、變色器件的應(yīng)用第五節(jié)酸致變色指具有特點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分子隨著體系的酸堿度變化而發(fā)生可逆的變色現(xiàn)象。思考題：1、光致變色、電致變色、酸致變色、雙穗態(tài)結(jié)構(gòu)第四章有機(jī)光電顯示材料與器件課時(shí)：2.5周，共8課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)顯示材料與技術(shù)顯示材料是指在電場(chǎng)作用下，通過(guò)自身的光學(xué)性能變化如吸收、熒光、折射率等并借助一 系列技術(shù)，繼而產(chǎn)生可讀性文字、圖像等的一類(lèi)材料第二節(jié)液晶顯示材料、液晶概念液晶是A于晶體和液體之間的中間態(tài)，外觀上呈渾濁的液體，結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于晶體的有 序周期排列，性能上也類(lèi)似于晶體具有各向異性。二、液晶分類(lèi)熱致液晶、溶致液晶、近晶相液晶、向列相液晶。三、液晶分子結(jié)構(gòu)四、液晶相結(jié)構(gòu)五、液晶疇結(jié)構(gòu)六、

11、液晶材料物理性能液晶相變溫度、粘度、介電常數(shù)、折射率七、液晶顯示屏基板材料、取向材料、偏振膜、背光源。第三節(jié)有機(jī)電致發(fā)光器件一、OLED研究進(jìn)程二、OLED結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品器件結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品分類(lèi)。三、OLED發(fā)光原理在一定電壓驅(qū)動(dòng)下，電子和空穴分別從金屬電極和ITO透明電極注入到電子傳輸層和 空穴傳輸層，然后電子和空穴分別經(jīng)由ETL和HTL遷移致發(fā)光層相遇，形成激子并使發(fā)光分 子激發(fā)，后者經(jīng)過(guò)輻射弛豫發(fā)出可見(jiàn)光，輻射光可從透明電極一端發(fā)出。四、OLED性能指標(biāo)發(fā)光亮度與啟亮電壓、器件功耗與工作電壓、發(fā)光效率和電流效率、器件壽命、色度。五、OLED材料六、提高OLED器件性能的關(guān)鍵因素能級(jí)匹配、遷移率匹配

12、七、OLED制作工藝器件陽(yáng)極制作、有機(jī)材料薄膜制備、器件陰極蒸鍍、器件封裝。思考題：1、液晶、熱致液晶、向列相液晶、相變溫度、三基色材料、電子傳輸材料、空穴傳材料、 器件功耗、能級(jí)匹配、遷移率。第五章有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管材料與器件課時(shí)：I周，共4課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體三極管、半導(dǎo)體基本知識(shí)二、半導(dǎo)體二極管三、半導(dǎo)體三極管第二節(jié)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管一、基本概述是以有機(jī)半導(dǎo)體活性層、依靠柵電壓控制源極和漏極之間的電流的電學(xué)開(kāi)關(guān)器件。二、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)底柵結(jié)構(gòu)、頂柵結(jié)構(gòu)三、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的原理第三節(jié) 影響OFET性能的關(guān)鍵因素一、遷移率二、開(kāi)/關(guān)比三、閾值電壓四、不飽和區(qū)和飽和區(qū)第四節(jié)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管材料一

13、、有機(jī)半導(dǎo)體材料凡是呈平面剛性結(jié)構(gòu)的共鈕小分子、低聚物和高聚物、均表現(xiàn)出一定的半導(dǎo)體性質(zhì), 有機(jī)半導(dǎo)體包括n型和p型半導(dǎo)體。二、電極材料三、絕緣層材料三、襯底材料第五節(jié)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管件的制作一、i般方法二、絲網(wǎng)印刷三、噴墨打印思考題：I、p-n結(jié)、半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、柵電極、漏 電極、源電極、溝道。第六章有機(jī)光導(dǎo)材料材料與器件課時(shí)：1周，共4課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)有機(jī)半導(dǎo)體原理一、有機(jī)光導(dǎo)體概念有機(jī)光電導(dǎo)，屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料、這類(lèi)材料在沒(méi)有光照時(shí)表現(xiàn)為絕緣體的性質(zhì)，當(dāng) 有光照時(shí)，材料吸收光能后發(fā)生極化，在其表面產(chǎn)生明顯束縛的荷電量；在外場(chǎng)作用 卜.則會(huì)引起載流

14、子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流。二、有機(jī)光導(dǎo)體導(dǎo)電原理光生載流子、載流子遷移、載流子有序輸運(yùn)。第二節(jié)有機(jī)光導(dǎo)體性能參數(shù)、光電導(dǎo)量子產(chǎn)率光生載流子數(shù)量占吸收光子數(shù)量的比值稱(chēng)為光電導(dǎo)量子產(chǎn)率。二、光敏感性充電電位和曝光電位、飽和電位和殘留電位，暗衰值。三、光電導(dǎo)性能暗電流、光電流、暗導(dǎo)、光導(dǎo)。第三節(jié)有機(jī)光導(dǎo)體材料一、猷菁與金屬酰菁二、聚乙烯基咔哩三、含聚乙烯基咔哩的復(fù)合物四、方菁染料第四節(jié)有機(jī)光導(dǎo)器件一、OPC器件組成鋁鼓基、電荷發(fā)生材料、電荷傳輸材料二、OPC器件結(jié)構(gòu)三、OPC器件工作原理帶電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)移，清除、定影四、光導(dǎo)器件光源五、光導(dǎo)器件評(píng)價(jià)指標(biāo)思考題：1、光導(dǎo)體、有機(jī)光導(dǎo)體、暗衰值、曝光電位、殘

15、留電位、暗導(dǎo)、光導(dǎo)。第七章光聚合材料及其應(yīng)用課時(shí)：1周，共4課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)光譜敏化原理一、光物理與光化學(xué)過(guò)程物質(zhì)在光誘導(dǎo)下躍遷致激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程生成新的物種，這-過(guò)程稱(chēng)為 光化學(xué)反應(yīng)。二、光化學(xué)量子效率三、光譜敏化劑當(dāng)反應(yīng)物A不能吸收某一波長(zhǎng)的光子，若在該體系中加入另一化合物S, S可吸收該波 長(zhǎng)的光子并將吸收的光能轉(zhuǎn)移給反應(yīng)物A,使后者發(fā)生反應(yīng)，化合物S就稱(chēng)為光譜光 敏劑，反應(yīng)物質(zhì)A被稱(chēng)為被敏化物，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光譜敏化。二、光譜敏化原理光敏劑必須有較高的系間竄越量子產(chǎn)率，以保證高的敏化效率；光敏劑三線態(tài)必須 有足夠長(zhǎng)的壽命，以完成從光敏劑到被敏化物質(zhì)之間的能量轉(zhuǎn)移。光敏劑三線

16、態(tài)的 能級(jí)必須高于被敏化物質(zhì)的三線態(tài)能級(jí)。光敏劑單線態(tài)與三線態(tài)間的能差要小，以 確保光敏劑有較高的三線態(tài)能級(jí)。第二節(jié)感光高分子材料一、肉桂酸酯類(lèi)二、重氮類(lèi)感光高分子三、疊氮類(lèi)感光高分子第三節(jié)光聚合反應(yīng)一、自由基光聚合反應(yīng)二、陽(yáng)離子光聚合反應(yīng)第四節(jié)光刻與封裝一、光刻膠二、光刻工藝三、環(huán)氧樹(shù)脂密封膠三、器件封裝思考題：（五號(hào)黑體）1、正性光刻膠、負(fù)性光刻膠第八章雙光子吸收材料及其應(yīng)用課時(shí)：4周，共12課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)雙光子吸收現(xiàn)象一、非線性光學(xué)現(xiàn)象當(dāng)材料被置于強(qiáng)光場(chǎng)中，由于E值很大，式中的高階項(xiàng)不可忽略，在強(qiáng)光場(chǎng)中材料極 化強(qiáng)度將呈現(xiàn)非線性的增這是由于構(gòu)成物質(zhì)的原子核及周?chē)娮釉陔姶挪▓?chǎng)的作 用下產(chǎn)生非諧振運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。二、雙光子吸收現(xiàn)象Copper-Mayer預(yù)言：在強(qiáng)光激發(fā)下，每個(gè)分子可以吸收兩個(gè)光子而躍遷致激發(fā)態(tài)，這 兩個(gè)光子可以是同時(shí)吸收的，也可能是分步完成的