()光電材料素材

1、(完整版)光電材料(完整版)光電材料PAGE11(完整版)光電材料目錄TOC o 1-3 f h u HYPERLINK l _Toc25974 目錄 PAGEREF _Toc25974 1 HYPERLINK l _Toc11219 1前言 PAGEREF _Toc11219 1 HYPERLINK l _Toc16158 2 有機(jī)光電材料 PAGEREF _Toc16158 2 HYPERLINK l _Toc7043 光電材料的分類(lèi) PAGEREF _Toc7043 2 HYPERLINK l _Toc10036 有機(jī)光電材料的應(yīng)用 PAGEREF _Toc10036 2 HYPERLI

2、NK l _Toc13937 有機(jī)太陽(yáng)能電池材料 PAGEREF _Toc13937 3 HYPERLINK l _Toc29437 有機(jī)電致發(fā)光二極管和發(fā)光電化學(xué)池 PAGEREF _Toc29437 3 HYPERLINK l _Toc15102 有機(jī)生物化學(xué)傳感器 PAGEREF _Toc15102 4 HYPERLINK l _Toc29890 有機(jī)光泵浦激光器 PAGEREF _Toc29890 4 HYPERLINK l _Toc12815 有機(jī)非線性光學(xué)材料 PAGEREF _Toc12815 5 HYPERLINK l _Toc6793 光折變聚合物材料與聚合物信息存儲(chǔ)材料 P

3、AGEREF _Toc6793 5 HYPERLINK l _Toc8040 聚合物光纖 PAGEREF _Toc8040 6 HYPERLINK l _Toc14229 光敏高分子材料與有機(jī)激光敏化體系 PAGEREF _Toc14229 6 HYPERLINK l _Toc5535 有機(jī)光電導(dǎo)材料 PAGEREF _Toc5535 6 HYPERLINK l _Toc30460 能量轉(zhuǎn)換材料 PAGEREF _Toc30460 7 HYPERLINK l _Toc21223 染料激光器 PAGEREF _Toc21223 7 HYPERLINK l _Toc10193 納米光電材料 PAG

4、EREF _Toc10193 7 HYPERLINK l _Toc29960 3 光電轉(zhuǎn)化性能原理 PAGEREF _Toc29960 7 HYPERLINK l _Toc22448 4 光電材料制備方法 PAGEREF _Toc22448 8 HYPERLINK l _Toc1597 激光加熱蒸發(fā)法 PAGEREF _Toc1597 8 HYPERLINK l _Toc5817 溶膠-凝膠法 PAGEREF _Toc5817 8 HYPERLINK l _Toc29132 等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PVCD） PAGEREF _Toc29132 9 HYPERLINK l _Toc22577

5、 激光氣相合成法 PAGEREF _Toc22577 9 HYPERLINK l _Toc9875 5 光電材料的發(fā)展前景 PAGEREF _Toc9875 101前言 有機(jī)光電材料是一類(lèi)具有光電活性的特殊有機(jī)材料。通常是富含碳原子，具有大鍵共軛鍵的有機(jī)小分子和聚合物,與無(wú)機(jī)光電材料相比，有機(jī)光電功能材料可以實(shí)現(xiàn)大面積制備和柔性期間制備；具有多樣化的結(jié)構(gòu)組成和更寬廣的性能調(diào)節(jié)空間，可以進(jìn)行分子設(shè)計(jì)來(lái)獲得所需要的性能，并通過(guò)自組裝的方式制備分子級(jí)甚至納米級(jí)別的器件；材料密度小，價(jià)格低廉且結(jié)構(gòu)易修飾強(qiáng)。成為了全球新材料、新能源和電子信息領(lǐng)域最富活力的前沿領(lǐng)域之一。2 有機(jī)光電材料 光電材料的分類(lèi)

6、按用途分類(lèi) 光電轉(zhuǎn)換材料:根據(jù)光生伏特原理,將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種半導(dǎo)體光電材料.目前,小面積多結(jié)G aA s太陽(yáng)能電池的效率超過(guò)40%. 光電催化材料:在光催化下將吸收的光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的半導(dǎo)體光電材料.它使許多通常情況下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)在比較溫和的條件下能夠順利進(jìn)行. 按組成分類(lèi) 有機(jī)光電材料:由有機(jī)化合物構(gòu)成的半導(dǎo)體光電材料.主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌調(diào)理素等。 無(wú)機(jī)光電材料:由無(wú)機(jī)化合物構(gòu)成的半導(dǎo)體光電材料.主要包括Si、Ti O2、ZnS、La F eO3、KCuPO46 H2O、CuInSe2等。 有機(jī)-無(wú)機(jī)光電配合物:由中心金屬離子和

7、有機(jī)配體形成的光電功能配合物.主要有2,2-聯(lián)吡啶合釕類(lèi)配合物等. 按尺度分類(lèi) 納米光電材料:是指顆粒尺度介于11 00 nm之間的光電材料. 塊體光電材料:是指顆粒尺度大于100 nm的光電材料. 有機(jī)光電材料的應(yīng)用 光電材料的研究應(yīng)用已經(jīng)在太陽(yáng)能電池、光電開(kāi)關(guān)、圖象記錄、光存儲(chǔ)、以及光催化合成、環(huán)境保護(hù)等各方面取得了重要的進(jìn)展,為太陽(yáng)能及其它光能的利用開(kāi)辟了廣泛的途徑. 有機(jī)太陽(yáng)能電池材料 有機(jī)太陽(yáng)能電池是20世紀(jì)90年代在導(dǎo)電聚物發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型光伏產(chǎn)品，有機(jī)光伏材料包括多種有機(jī)高分子材料和有機(jī)小分子材料，用于太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極緩沖層、給體、受體、陰極修飾層、電極等不同功能結(jié)構(gòu)中

8、,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子材料有聚乙炔（PA）聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚對(duì)苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)及其各類(lèi)衍生物。 有機(jī)電致發(fā)光二極管和發(fā)光電化學(xué)池 有機(jī)電致發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)OLED,它是一種在電場(chǎng)下有機(jī)共軛化合物被激發(fā)并輻射出可見(jiàn)光的元件。OLED的發(fā)光過(guò)程大致可以分為以下幾個(gè)步驟:載流子注入;載流子輸運(yùn);載流子相互俘獲形成激子;激子遷移并衰減馳豫;光子輸出。 發(fā)光電化學(xué)池，簡(jiǎn)稱(chēng)LEC，則依賴(lài)于另一種發(fā)光機(jī)制，一般的LEC器件發(fā)光層是由兩種聚合物共混而成的聚合物薄膜。其中一種聚合物是發(fā)光二極管中常用的發(fā)光聚合物,另一種則是具有離子傳導(dǎo)特性的聚合物。 有機(jī)生物化學(xué)傳感器

9、 由于有機(jī)P-共軛分子具有可見(jiàn)區(qū)的熒光性質(zhì),因此可以用來(lái)作為生物或化學(xué)的傳感器。通常的策略是利用檢測(cè)物對(duì)有機(jī)共軛分子熒光的淬滅行為,從而能夠很直觀地判斷檢測(cè)物的存在。一般而言熒光淬滅的機(jī)理主要是有機(jī)共軛分子的激發(fā)態(tài)與檢測(cè)物的能級(jí)之間存在的能量轉(zhuǎn)移或電子轉(zhuǎn)移,使其激發(fā)態(tài)失活而不能發(fā)生熒光過(guò)程所致。 有機(jī)光泵浦激光器 與無(wú)機(jī)材料相比,有機(jī)半導(dǎo)體激光材料更近似四能級(jí)系統(tǒng),這使其吸收峰與發(fā)射峰偏離較大,自吸收引起的損耗比較小,有機(jī)材料帶間直接躍遷具有很大的相交密度,因而通常具有大的受激截面,其受激輻射相對(duì)于自發(fā)輻射占有明顯優(yōu)勢(shì)。在較低的光泵浦能量作用下就可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而具有了產(chǎn)生激光輻射的先決

10、條件之一.199 2年,已成功使用液體染料激光器在共軛聚合物(M EH-P PV)上產(chǎn)生激光。1996年初,又首次使用固態(tài)共軛聚合物(如PPV及其衍生物)實(shí)現(xiàn)了光泵浦激光;而幾乎同時(shí),劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室也在一個(gè)非摻雜共軛聚合物微腔激光器結(jié)構(gòu)上獲得了光泵浦綠色激光,從而正式揭開(kāi)了有機(jī)激光研究的大幕。到目前為止,紅綠藍(lán)三種波段的固態(tài)有機(jī)半導(dǎo)體光泵浦激光器都已經(jīng)實(shí)現(xiàn),性能也得到了大幅的提高。 有機(jī)非線性光學(xué)材料 有機(jī)非線性光學(xué)材料的發(fā)展是建立在激光技術(shù)的應(yīng)用之上的。根據(jù)光波的電磁理論,組成介質(zhì)的分子、原子或離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和電荷分布等都要發(fā)生一定形式的變化,從而形成電偶極子并產(chǎn)生電偶極矩,即介質(zhì)被

11、光波誘導(dǎo)產(chǎn)生了極化。其具體應(yīng)用也非常廣泛,如光限幅器、倍頻轉(zhuǎn)換以及電光調(diào)制解調(diào)器和電光開(kāi)關(guān)等。 光折變聚合物材料與聚合物信息存儲(chǔ)材料 在激光輻照下材料折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為光折變,在激光均勻照射下折射率變化會(huì)消除.利用這種作用能實(shí)現(xiàn)用激光對(duì)聚合物材料折射率調(diào)制而記錄信息,折射率變化消除過(guò)程就成了光信息的擦除.光折變聚合物材料可用于全息存儲(chǔ)、光學(xué)圖像處理和光學(xué)相位共扼等. 有機(jī)固體信息存儲(chǔ)材料是指能制成具有信息寫(xiě)人、讀取和擦除等功能器件的材料,它具有存儲(chǔ)密度高、體積小、品種多、易制備、價(jià)格低的特點(diǎn).可分為光致變色、光折變、光化學(xué)或光物理光譜燒孔等類(lèi)型. 有機(jī)光致變色分子存儲(chǔ)原理有:分子內(nèi)或分子

12、間氫轉(zhuǎn)移,如水楊醛縮苯胺類(lèi)化合物;二聚反應(yīng);順?lè)串悩?gòu),如烯烴、偶氮類(lèi)及靛類(lèi)化合物;電荷轉(zhuǎn)移;苯酚酒昆轉(zhuǎn)變等。有機(jī)光致變色存儲(chǔ)材料主要有:俘精酸醉、叫噪琳唾喃、螺毗喃、二芳基乙烯和聚丁二炔,存在的問(wèn)題有穩(wěn)定性、抗疲勞性和組份相容性等。 聚合物光纖 塑料光纖的優(yōu)點(diǎn)是柔軟性好、易加工,但在光傳輸損耗和耐熱性方面比石英光纖差,適用于短距離通訊,世界上非常重視塑料光纖在醫(yī)院及其他局域網(wǎng)短距離信息傳輸中的應(yīng)用,對(duì)下世紀(jì)光纖人戶具有重要意義。 光敏高分子材料與有機(jī)激光敏化體系 光刻膠主要用于大規(guī)模集成電路,在光照下,光刻膠發(fā)生交聯(lián)或降解,使溶解度降低(稱(chēng)正一性光刻膠)或提高(負(fù)性光刻膠).其分辨力是集成電路

13、集成度的關(guān)鍵. 激光技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)對(duì)激光光敏材料的需求.光敏材料的研究轉(zhuǎn)向適合不同激光源的引發(fā)體系或分解體系,一般感光高分子體系只對(duì)紫外光敏感,在敏化光引發(fā)聚合體系感光范圍與激光光源匹配的研究已尋找到多種引發(fā)體系如染料與胺類(lèi)復(fù)合體系、方酸或著增感劑、光酸等。 有機(jī)光電導(dǎo)材料 在受光輻射時(shí),具有電導(dǎo)率增加效應(yīng)的材料稱(chēng)為光電導(dǎo)材料,一般將具有光電導(dǎo)效應(yīng)的有機(jī)化合物類(lèi)與高分子類(lèi)通稱(chēng)為有機(jī)光電導(dǎo)材料.光激發(fā)下光電導(dǎo)材料產(chǎn)生電子、空穴載流子后，在外加電場(chǎng)作用下，電子移向正極，空穴移向負(fù)極，因而在電路中有電流流過(guò)。光電導(dǎo)體可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),即將光能轉(zhuǎn)換成電能,通過(guò)增感,光電導(dǎo)材料的響應(yīng)光波長(zhǎng)可調(diào),如

14、聚乙烯咔哇與三硝基藥酮混合后,響應(yīng)波長(zhǎng)從紫外區(qū)移至可見(jiàn)區(qū)。 能量轉(zhuǎn)換材料 隱身材料:雷達(dá)隱身最為重要,有機(jī)隱身材料分為導(dǎo)電聚合物、席夫堿鹽和有機(jī)金屬絡(luò)合物等.導(dǎo)電高聚物微波吸收劑材料有望用作隱身戰(zhàn)斗機(jī)和偵察機(jī)的蒙皮,這類(lèi)吸波材料是以電磁損耗原理來(lái)消耗電磁波能量. 光一電轉(zhuǎn)換材料:納米多晶光電轉(zhuǎn)換材料、染料光敏材料、有機(jī)超導(dǎo)體、有機(jī)鐵磁性材料、有機(jī)壓電材料、有機(jī)鐵電體材料、有機(jī)液晶材料、有機(jī)分子器件如分子開(kāi)關(guān)、分子導(dǎo)線等方面。 染料激光器 功能染料在高技術(shù)中的最早應(yīng)用是作為激光染料。染料激光器是一種以染料為工作介質(zhì),將染料受激輻射所產(chǎn)生的光輻射,沿某一特定方向反復(fù)傳播、放大,使之形成一束強(qiáng)度大、

15、方向集中的光束光電發(fā)生裝置。 納米光電材料 納米光電材料是指能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能或化學(xué)能等其它能量的一種納米材料。3 光電轉(zhuǎn)化性能原理 光作用下的電化學(xué)過(guò)程即分子、離子及固體物質(zhì)因吸收光使電子處于激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生的電荷傳遞過(guò)程.當(dāng)一束能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙(E g)的光照射在半導(dǎo)體光電材料上時(shí),電子(e)受激發(fā)由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,并在價(jià)帶上留下空穴(h+),電子與空穴有效分離,便實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化.大于或等于帶隙寬度的光的激發(fā),產(chǎn)生非平衡載流子,它們?cè)谧越妶?chǎng)的作用下,發(fā)生定向移動(dòng),導(dǎo)致表面電荷量發(fā)生改變。對(duì)于P型半導(dǎo)體,光生電子移向表面,光生空穴移向體相,n型半導(dǎo)體則與之相反。4 光電材料制備方法光

16、電和信息功能材料由于其不同的性能和尺寸要求,制備方法是多種多樣的. 激光加熱蒸發(fā)法 激光加熱蒸發(fā)法是以激光為快速加熱源,使氣相反應(yīng)物分子內(nèi)部很快地吸收和傳遞能量,在瞬間完成氣相反應(yīng)的成核、長(zhǎng)大和終止.該方法可以迅速生成表面潔凈、粒徑小(50nm)且粒度均勻可控的納米微粒。 溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法的原理在于利用含成膜物質(zhì)的溶膠的水解進(jìn)而在襯底上得到需要的薄膜.其基本步驟是先用金屬無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)金屬化合物在低溫下液相合成為溶膠,然后采用提拉法或旋涂法,使溶液吸附在襯底上,經(jīng)膠化成凝膠,凝膠經(jīng)一定溫度處理后即可得到納米晶復(fù)合薄膜,目前已采用sol-ge l法得到的納米鑲嵌復(fù)合薄膜主要有Co(Fe,

17、Ni,M n)/S iO2,CdS(ZnS,PbS)/SiO2。由于溶膠的先驅(qū)體可以提純且溶膠-凝膠過(guò)程在常溫下可液相成膜,設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便.因此,溶膠-凝膠法是常見(jiàn)的納米復(fù)合薄膜制備方法之一. 等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PVCD） 借助等離子體使含有薄膜組成原子的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而在基板上沉積薄膜的一種方法,特別適合于半導(dǎo)體薄膜和化合物薄膜的合成,被視為第2代薄膜技術(shù).PVCD技術(shù)是通過(guò)反應(yīng)氣體放電來(lái)制備薄膜的,這就從根本上改變了反應(yīng)體系的能量供給方式,能夠有效地利用非平衡等離子體的反應(yīng)特征.由于等離子體中的電子溫度高達(dá)104K,有足夠的能量通過(guò)碰撞過(guò)程使氣體分子激發(fā)、分解和電離,從

18、而大大提高了反應(yīng)活性,能在較低的溫度下獲得納米級(jí)的晶粒,且晶粒尺寸也易于控制,所以被廣泛應(yīng)用于納米鑲嵌復(fù)合膜的制備,尤其是硅系納米復(fù)合薄膜的制備. 激光氣相合成法 激光氣相合成納米材料的原理是采用高速流動(dòng)的反應(yīng)物氣體與高能量的CO2激光垂直正交,發(fā)生交互作用產(chǎn)生能量的共振、吸收,在氣流噴射的下方形成穩(wěn)定、可控的高溫反應(yīng)火焰,反應(yīng)物在瞬間發(fā)生分解、化合,生成物經(jīng)氣相凝聚、成核和生長(zhǎng),在氣流慣性和與反應(yīng)氣同軸的載氣帶動(dòng)下,由真空泵抽吸,進(jìn)入粉體收集器內(nèi). 水熱合成法 在密閉體系中,以水為溶劑,在一定溫度和水的自生壓強(qiáng)下,原始混合物進(jìn)行反應(yīng)的一種合成方法.由于反應(yīng)在高溫、高壓、水熱條件下,反應(yīng)物質(zhì)在水中的物性與化學(xué)反應(yīng)性能發(fā)生了很大變化,而不同于一般制備方法.能直接制得結(jié)晶完好,原始粒度小、分布均勻,團(tuán)聚少的納米粉體,制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單.無(wú)需焙燒處理,但是高溫高壓下的合成設(shè)備較貴,投資較大.5 光電材料的發(fā)展前景 從有機(jī)光電活性材料和無(wú)機(jī)光電材料本質(zhì)上的異同點(diǎn)出發(fā)，建立并發(fā)展有機(jī)光電材料能帶理論；基于結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性的研究，通過(guò)制備新材料，進(jìn)一步優(yōu)化材料性能；研究影響材料性能穩(wěn)定性的因素，探索提高光電性能持久性的途徑；在對(duì)稱(chēng)共軛結(jié)構(gòu)雙光子吸收方面的研究有望得到新型光敏性有機(jī)材料，帶有C60鏈節(jié)的聚合物的研究有望得到具有光電導(dǎo)性和三階非線性的聚合物材料；在技術(shù)方面，材料