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 有機光電材料 PAGEREF _Toc16158 2 HYPERLINK l _Toc7043 光電材料的分類 PAGEREF _Toc7043 2 HYPERLINK l _Toc10036 有機光電材料的應用 PAGEREF _Toc10036 2 HYPERLI

2、NK l _Toc13937 有機太陽能電池材料 PAGEREF _Toc13937 3 HYPERLINK l _Toc29437 有機電致發(fā)光二極管和發(fā)光電化學池 PAGEREF _Toc29437 3 HYPERLINK l _Toc15102 有機生物化學傳感器 PAGEREF _Toc15102 4 HYPERLINK l _Toc29890 有機光泵浦激光器 PAGEREF _Toc29890 4 HYPERLINK l _Toc12815 有機非線性光學材料 PAGEREF _Toc12815 5 HYPERLINK l _Toc6793 光折變聚合物材料與聚合物信息存儲材料 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激光敏化體系 PAGEREF _Toc14229 6 HYPERLINK l _Toc5535 有機光電導材料 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 有機光電材料是一類具有光電活性的特殊有機材料。通常是富含碳原子，具有大鍵共軛鍵的有機小分子和聚合物,與無機光電材料相比，有機光電功能材料可以實現(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，可以進行分子設(shè)計來獲得所需要的性能，并通過自組裝的方式制備分子級甚至納米級別的器件；材料密度小，價格低廉且結(jié)構(gòu)易修飾強。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 有機光電材料 光電材料的分類

6、按用途分類 光電轉(zhuǎn)換材料:根據(jù)光生伏特原理,將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種半導體光電材料.目前,小面積多結(jié)G aA s太陽能電池的效率超過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能的半導體光電材料.它使許多通常情況下難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的反應在比較溫和的條件下能夠順利進行. 按組成分類 有機光電材料:由有機化合物構(gòu)成的半導體光電材料.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。 無機光電材料:由無機化合物構(gòu)成的半導體光電材料.主要包括Si、Ti O2、ZnS、La F eO3、KCuPO46 H2O、CuInSe2等。 有機-無機光電配合物:由中心金屬離子和

7、有機配體形成的光電功能配合物.主要有2,2-聯(lián)吡啶合釕類配合物等. 按尺度分類 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. 有機光電材料的應用 光電材料的研究應用已經(jīng)在太陽能電池、光電開關(guān)、圖象記錄、光存儲、以及光催化合成、環(huán)境保護等各方面取得了重要的進展,為太陽能及其它光能的利用開辟了廣泛的途徑. 有機太陽能電池材料 有機太陽能電池是20世紀90年代在導電聚物發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型光伏產(chǎn)品，有機光伏材料包括多種有機高分子材料和有機小分子材料，用于太陽能電池的陽極緩沖層、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)的導電高分子材料有聚乙炔（PA）聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚對苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)及其各類衍生物。 有機電致發(fā)光二極管和發(fā)光電化學池 有機電致發(fā)光二極管，簡稱OLED,它是一種在電場下有機共軛化合物被激發(fā)并輻射出可見光的元件。OLED的發(fā)光過程大致可以分為以下幾個步驟:載流子注入;載流子輸運;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)光電化學池，簡稱LEC，則依賴于另一種發(fā)光機制，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特性的聚合物。 有機生物化學傳感器

9、 由于有機P-共軛分子具有可見區(qū)的熒光性質(zhì),因此可以用來作為生物或化學的傳感器。通常的策略是利用檢測物對有機共軛分子熒光的淬滅行為,從而能夠很直觀地判斷檢測物的存在。一般而言熒光淬滅的機理主要是有機共軛分子的激發(fā)態(tài)與檢測物的能級之間存在的能量轉(zhuǎn)移或電子轉(zhuǎn)移,使其激發(fā)態(tài)失活而不能發(fā)生熒光過程所致。 有機光泵浦激光器 與無機材料相比,有機半導體激光材料更近似四能級系統(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,其受激輻射相對于自發(fā)輻射占有明顯優(yōu)勢。在較低的光泵浦能量作用下就可以實現(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)實現(xiàn)了光泵浦激光;而幾乎同時,劍橋大學卡文迪許實驗室也在一個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,從而正式揭開了有機激光研究的大幕。到目前為止,紅綠藍三種波段的固態(tài)有機半導體光泵浦激光器都已經(jīng)實現(xiàn),性能也得到了大幅的提高。 有機非線性光學材料 有機非線性光學材料的發(fā)展是建立在激光技術(shù)的應用之上的。根據(jù)光波的電磁理論,組成介質(zhì)的分子、原子或離子的運動狀態(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、光波誘導產(chǎn)生了極化。其具體應用也非常廣泛,如光限幅器、倍頻轉(zhuǎn)換以及電光調(diào)制解調(diào)器和電光開關(guān)等。 光折變聚合物材料與聚合物信息存儲材料 在激光輻照下材料折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光折變,在激光均勻照射下折射率變化會消除.利用這種作用能實現(xiàn)用激光對聚合物材料折射率調(diào)制而記錄信息,折射率變化消除過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、光學圖像處理和光學相位共扼等. 有機固體信息存儲材料是指能制成具有信息寫人、讀取和擦除等功能器件的材料,它具有存儲密度高、體積小、品種多、易制備、價格低的特點.可分為光致變色、光折變、光化學或光物理光譜燒孔等類型. 有機光致變色分子存儲原理有:分子內(nèi)或分子

12、間氫轉(zhuǎn)移,如水楊醛縮苯胺類化合物;二聚反應;順反異構(gòu),如烯烴、偶氮類及靛類化合物;電荷轉(zhuǎn)移;苯酚酒昆轉(zhuǎn)變等。有機光致變色存儲材料主要有: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用,對下世紀光纖人戶具有重要意義。 光敏高分子材料與有機激光敏化體系 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(稱正一性光刻膠)或提高(負性光刻膠).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)展帶來對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)體系如染料與胺類復合體系、方酸或著增感劑、光酸等。 有機光電導材料 在受光輻射時,具有電導率增加效應的材料稱為光電導材料,一般將具有光電導效應的有機化合物類與高分子類通稱為有機光電導材料.光激發(fā)下光電導材料產(chǎn)生電子、空穴載流子后，在外加電場作用下，電子移向正極，空穴移向負極，因而在電路中有電流流過。光電導體可將光信號轉(zhuǎn)換成電信號,即將光能轉(zhuǎn)換成電能,通過增感,光電導材料的響應光波長可調(diào),如

14、聚乙烯咔哇與三硝基藥酮混合后,響應波長從紫外區(qū)移至可見區(qū)。 能量轉(zhuǎn)換材料 隱身材料:雷達隱身最為重要,有機隱身材料分為導電聚合物、席夫堿鹽和有機金屬絡合物等.導電高聚物微波吸收劑材料有望用作隱身戰(zhàn)斗機和偵察機的蒙皮,這類吸波材料是以電磁損耗原理來消耗電磁波能量. 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、有機超導體、有機鐵磁性材料、有機壓電材料、有機鐵電體材料、有機液晶材料、有機分子器件如分子開關(guān)、分子導線等方面。 染料激光器 功能染料在高技術(shù)中的最早應用是作為激光染料。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傳播、放大,使之形成一束強度大、

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 光作用下的電化學過程即分子、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)生的電荷傳遞過程.當一束能量等于或大于半導體帶隙(E g)的光照射在半導體光電材料上時,電子(e)受激發(fā)由價帶躍遷到導帶,并在價帶上留下空穴(h+),電子與空穴有效分離,便實現(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,它們在自建電場的作用下,發(fā)生定向移動,導致表面電荷量發(fā)生改變。對于P型半導體,光生電子移向表面,光生空穴移向體相,n型半導體則與之相反。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的成核、長大和終止.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)的溶膠的水解進而在襯底上得到需要的薄膜.其基本步驟是先用金屬無機鹽或有機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合薄膜,目前已采用sol-ge l法得到的納米鑲嵌復合薄膜主要有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-凝膠過程在常溫下可液相成膜,設(shè)備簡單,操作方便.因此,溶膠-凝膠法是常見的納米復合薄膜制備方法之一. 等離子體化學氣相沉積技術(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)生化學反應,而在基板上沉積薄膜的一種方法,特別適合于半導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)是通過反應氣體放電來制備薄膜的,這就從根本上改變了反應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特征.由于等離子體中的電子溫度高達104K,有足夠的能量通過碰撞過程使氣體分子激發(fā)、分解和電離,從

18、而大大提高了反應活性,能在較低的溫度下獲得納米級的晶粒,且晶粒尺寸也易于控制,所以被廣泛應用于納米鑲嵌復合膜的制備,尤其是硅系納米復合薄膜的制備. 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的反應物氣體與高能量的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、可控的高溫反應火焰,反應物在瞬間發(fā)生分解、化合,生成物經(jīng)氣相凝聚、成核和生長,在氣流慣性和與反應氣同軸的載氣帶動下,由真空泵抽吸,進入粉體收集器內(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下,原始混合物進行反應的一種合成方法.由于反應在高溫、高壓、水熱條件下,反應物質(zhì)在水中的物性與化學反應性能發(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,團聚少的納米粉體,制備工藝相對簡單.無需焙燒處理,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 從有機光電活性材料和無機光電材料本質(zhì)上的異同點出發(fā)，建立并發(fā)展有機光電材料能帶理論；基于結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性的研究，通過制備新材料，進一步優(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；在對稱共軛結(jié)構(gòu)雙光子吸收方面的研究有望得到新型光敏性有機材料，帶有C60鏈節(jié)的聚合物的研究有望得到具有光電導性和三階非線性的聚合物材料；在技術(shù)方面，材料