材料结构与表征 高分子复习题 答案

4、简述有机发光二极管的工作过程。 OLED 由以下各部分组成（自下而上）：
基层（透明塑料，玻璃，金属箔）——基层用来支撑整个 OLED。 阳极（透明）——阳极在电流流过设备时消除电子（增加电子“空穴”）。 导电层——该层由有机塑料分子构成，这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺 作为 OLED 的导电聚合物。 发射层——该层由有机塑料分子（不同于导电层）构成，这些分子传输从阴极而来的电子；
4、有机发光二极管显示阵列的工作原理、分类及特点。论述ＯＬＥＤ显示的优势和亟待解 决的问题。
OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料 和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。其原理是用 ITO 透明 电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和
A lg 1 lg I0
b: 吸收t
A Kbc
c: 吸光物质浓度。 K: 吸收系数 c 单位为 g•L-1 时，吸光系数 a (L•g-1•cm-1)。 c 单位为 mol•L-1 时，摩尔吸光系数 ε (L• mol-1•cm-1)。 11、荧光激发谱和发射谱成镜像对应关系的原因。 由于电子基态的振动能级分布与激发态相似，故通常荧光光谱与它的激发光谱成镜像对称 关系。
单色器：作用:由连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束。 吸收池：石英吸收池：紫外－可见区使用；玻璃吸收池：可见区使用。 检测器：光电倍增管，二极管阵列检测器 在单波长紫外可见分光光度计，分有单光束分光光度计和双光束分光光度计。
荧光分光光度计： 四个部分——激发光源、样品池、双单色器系统、检测器 特殊点——有两个单色器，光源与检测器通常成直角 单色器：选择激发光波长的第一单色器和选择发射光(测量)波长的第二单色器 光源：氙灯、高压汞灯、激光器(可见与紫外区) 检测器：光电倍增管
高分子部分 一、简答题 1、什么是高分子缩聚反应？ 缩合聚合反应（简称缩聚）：
由含有两种或两种以上单体相互缩合聚合而形成聚合物的反应称为缩聚反应，同时会析出 水、氨、醇、氯化氢等小分子物质。
若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产品为均缩聚物；若缩聚反应的单体为 多种，反应称为共缩聚反应，产品为共缩聚物。
各小峰波长递减值与振动能级差有关，各小峰的高度与跃迁几率有关。 基态上的各振动能级分布与第一激发态上的各振动能级分布类似；基态上的某振动能级若 跃迁到第一激发态的某振动能级的几率较大的话，相反跃迁也如此。
12、对未知物进行结构鉴定的一般步骤。 首先，确定不饱和度，不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。若分
6、什么是本体异质结？ 体异质结（bulk heterojunction），又称本体异质结、混合异质结，指两种不同的半导体混合 形成的一种结构，常用于有机太阳能电池中。异质结通常指两种不同半导体之间的界面，而 体异质结则顾名思义，异质结存在于整个结构的体内。
7、画图说明两个 p 轨道线性组合形成一个π键时的能级和电子云变化。
3、举例说明什么是超分子聚合物及其与传统聚合物的区别。 超分子聚合物和化学键联聚合物的最大区别：成键弱，可逆过程。 把单体结构组元之间由非共价键这种弱分子间相互作用组装而成的分子聚集体称为超分子 聚合物。 之所以将其称为超分子聚合物, 一方面是因为这种聚集体中的长链或网络结构类似聚合物 结构，另一方面是因为弱分子间作用力赋予这种材料各种软性的类聚合物性能。 如：氢键超分子聚合物（氢键型超分子聚合物是指重复单元通过与氢键相关的自组装生成的 稳定超分子聚合物），配合物型超分子聚合物（金属- 超分子聚合物是由金属离子与配体之 间的相互作用形成的, 是一类具有多样化几何构造和拓扑结构的新型功能高分子），∏-∏堆 积超分子聚合物（∏-∏堆积又称∏-∏共轭、芳环堆积。当 2 个芳环平行或近似平行排列时， 由于∏电子云相互排斥，相邻芳环平面间距小于芳香环的范德华厚度，这种想象就是∏-∏ 堆积），离子效应超分子聚合物。
8、简述分子的三种运动形式并比较三种运动形式对应的能量大小。 在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。 这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定的能级。如图是双原子分子的能级示意图，图 中 和 ’ 表示不同能量的电子能级。 在每一电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能 级。若用 Ee、Ev、Er 分别表示电子能级、振动能级、转动能级差，即有 Ee＞Ev＞Er。
9、红外光谱和紫外光谱分别表征分子的那些运动形式信息。 紫外、可见光吸收光谱是物质在紫外、可见辐射作用下分子外层电子在电子能级间跃迁而
产生的，故又称为电子光谱。由于分子振动能级跃迁与转动能级跃迁所需能量远小于分子电 子能级跃迁所需能量，故在电子能级跃迁的同时伴有振动能级与转动能级的跃迁，即电子能 级跃迁产生的紫外、可见光谱中包含有振动能级与转动能级跃迁产生的谱线，也即分子的紫 外、可见光谱是由谱线非常接近甚至重叠的吸收带组成的带状光谱。
子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），则可按下式进行不饱和度的计算： Ω= 1 + n4 + (n3 – n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。由分子的不饱和度可以推断 分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。
其次，测红外光谱和拉曼光谱，红外光谱可测定基团，拉曼光谱可测定分子骨架。
跃迁；而到激发三重态属于禁阻跃迁
荧光：10-7～10-9s，第一激发单重态的最低振动能级→基态 磷光：10-4～10s； 第一激发三重态的最低振动能级→基态 荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能层→基态( 荧光多为 S1→ S0 跃迁)，发射 波长为荧光，10-7~10-9s 。发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长； 磷光发射：电子由第一激发三重态的最低振动能级→基态(T1 →S0 跃迁)；发光速度很慢： 10-4~100s、磷光的能量比荧光小，电子由 S0 进入 T1 的过程：（ S0 → T1 禁阻跃迁） S0→激发→振动弛豫→内转移→系间跨越→振动弛豫→ T1，光照停止后，可持续一段时间。
10、什么是 Lambert‐Beer 定律？
当一束平行的单色光通过含有均匀的吸光物质的吸收池（或气体、固体）时，光的一部分
被溶液吸收，一部分透过溶液，一部分被吸收池表面反射；是说明物质对单色光吸收的强弱
与吸光物质的浓度（c）和 液层厚度 （b）间的关系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外
-可见光度法定量的基础。
红外吸收光谱是物质在红外辐射作用下分子振动能级跃迁(由振动基态向振动激发态)而产 生的，由于同时伴有分子转动能级跃迁，因而红外吸收光谱又称振-转光谱，也是由吸收带 组成的带状光谱。红外辐射与物质相互作用产生红外吸收光谱，必须有分子偶极矩的变化。 只有发生偶极矩变化的分子振动，才能引起可观测到的红外吸收光谱带，称这种分子振动为 红外活性的，反之则称为非红外活性的。
平行自旋比成对自旋稳定(洪特规则)，三重态能级比相应单重态能级低；大多数有机分子 的基态处于单重态；
小结：激发单重态与激发三重态的不同 激发单重态分子中没有净电子自旋，因而具有反磁性；激发三重态有 2 个自旋平行电
子，是顺磁性的 激发单重态分子平均寿命短（10-8~10-6s），而激发三重态的长（10-4~10s） 基态单重态到激发单重态的激发，不涉及电子自旋方向的改变而容易发生，属于允许
电子能态称为基态单重态,用符号 S0 表示。 分子吸收辐射后：
S0
电子被激发且不发生自旋方向的改变，ms 为+1/2 和-1/2, s=0，M=1。则该分子所处的电子能 态称为激发单重态,用符号 S 表示。 （S1 S2 S3…）
电子被激发且伴随着自旋方向的改变，ms 为+1/2 和+1/2, s=1，M=3。则该分子所处的电子 能态称为激发三重态,用符号 T 表示。（T1 T2 T3…）
3、比较分子激发三重态和激发单重态的不同，并讨论其在光致发光和电致发光中的应用。 分子能级比原子能级复杂，在分子体系中，每个电子能级上都存在振动、转动能级，室温
下大多数分子处于基态的最低振动能级。 在基态时，含有偶数个电子的分子，电子的 ms 为+1/2 和-1/2, s=0，M=1。则该分子所处的
2、什么是复合材料？复合材料区别于传统材料有什么特点？ 简单地说，复合材料是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合 而成的一种多相材料。 复合材料区别于传统材料的一个重要特点是依靠不同的组分材料分散和承载负荷。 （1）特点
①可设计性 ②材料与结构的同一性 ③发挥复合效应的优越性 ④材料性能对复合工艺的依赖性 （2）优点 ①比强度、比模量大 ②耐疲劳性能好 ③阻尼减震性好 ④破损安全性高
二、论述题 1、使用什么光谱手段监测基于氢键的和基于π‐π相互作用的超分子聚合物的形成过程？分 别举例说明可能看到的光谱现象。 紫外、可见光吸收光谱：非常接近甚至重叠的吸收带组成的带状光谱。
2、比较紫外可见分光光度计和荧光光谱仪的区别。 紫外可见分光光度计：
光源：作用:提供辐射能激发被测物质分子，使之产生电子能级跃迁吸收光谱。 连续光源：可见区：钨灯, 碘钨灯；紫外区：氘灯, 氢灯。
发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。 阴极（可以是透明的，也可以不透明，视 OLED 类型而定）——当设备内有电流流通时，
阴极会将电子注入电路。
OLED 发光的方式类似于 LED，需经历一个称为电磷光的过程。 具体过程如下：
1、OLED 设备的电池或电源会在 OLED 两端施加一个电压。 2、电流从阴极流向阳极，并经过有机层（电流指电子的流动）。 3、阴极向有机分子发射层输出电子。 4、阳极吸收从有机分子传导层传来的电子。（这可以视为阳极向传导层输出空穴，两者效果 相等。 5、 在发射层和传导层的交界处，电子会与空穴结合。 6、电子遇到空穴时，会填充空穴（它会落入缺失电子的原子中的某个能级）。 7、这一过程发生时，电子会以光子的形式释放能量。 8、OLED 发光。 9、光的颜色取决于发射层有机物分子的类型。生产商会在同一片 OLED 上放置几种有机薄 膜，这样就能构成彩色显示器。 10、光的亮度或强度取决于施加电流的大小。电流越大，光的亮度就越高。 以典型的三层 OLED 为例，有机 EL 过程通过以下步骤完成： （1）载流子的注入：在外加电场的作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电极内侧 的有机功能薄膜层； （2）载流子的迁移：载流子分别从电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）向发光层（EML） 迁移； （3）载流子的复合：电子和空穴在发光层中相遇，相互束缚而形成激子； （4）光子的发 射：激子通过辐射失活，产生光子，释放光能。[1] 具体的讲，在外界电压的驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极向有机层的注入通常被认 为是电子和空穴分别向有机层的 LUMO（或导带）和 HOMO（或价带）注入的过程。载流 子自电极的注入通常需要跳跃或隧穿一定的电极/有机物界面势垒。该空穴和电子迁移所通 过的势垒的高低则决定了放出光子的频率，即发光的颜色。 5、什么是激子？ 一个激发态分子 S*与它的一个基态分子 S 结合形成一个瞬态激发态二聚体(SS)*，被称作激 子或激基缔合物，它比较容易在芳香族溶液体系中形成，S*+S←→(SS)*→S+S+hv 通常激子 的能量低于激发态分子。因此，这种激子去活时发出的荧光具较长的波长。由于吸收光子在 固体中产生的可移动的束缚的电子-空(穴)子对。 在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子 和在价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚态，称为激子。 在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴， 而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之 间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称 为激子。