有机导电材料复习
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2014-11-23 16
概念介绍
材料的性能是怎样表征的？ ——将光电材料制成光电池
开路光电压：电路处于开路（电阻无穷大）时的电 压，常用Voc表示； 短路光电流：电路处于短路（电阻为零）时的电 流密度，常用Jsc表示；
2014-11-23 17
概念介绍
光电转换外量子效率η： 电极受光照后，外电路中
单位时间内产生的光电流的电子数
η=
单位时间内吸收的光电子数目
2014-11-23
18
STM AFM：三种模式 SEM：样品制备---导电性好
TEM：分辨率，样品制备（粉末样品、块 状样品—减薄）；电子衍射及其应用
有机材料的优点
柔性、大面积（柔性器件） 加工简便（不需要高真空、高温等） 资源丰富、分子结构多变 ，可根据需 要设计合成 分子器件 ----- 小型化、高度集成电子信息设备
小分子导体 有机导体
高分子导体
第一类是小分子给体和小分子受体分别堆砌成柱组成的电荷 转移复 合盐如 TTF—TONQ； 第二类是基于大环平面分子如酞菁、卟啉等堆砌成柱的导电材料 第三类是掺杂的共轭链高分子如有机导电高分子——聚乙炔的掺杂；
酞菁
导电高分子
复合型：通过在塑料或者在橡胶中加入炭黑或者金属粉末等导电性
填料来制备；常见的产品有导电橡胶、导电涂料、有机电热元件、电
阻器、电磁屏蔽材料和导电黏合剂等。 结构型：导电性能与其化学结构和掺杂状态有直接关系。可以进一步 分成电子导电聚合物、离子导电聚合物和氧化还原型导电聚合物。
聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚 合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1· cm-1）
硅太阳能电池 成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。 有机光电池 潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性
2014-11-23 15
机理——光诱导电子转移反应
D（Donor）
——电子给体 ET ——电子转移
A(Acceptor)
——电子受体
Fra Baidu bibliotek
photo induced electron transfer reaction
材料实现——电致发光材料
• 有机小分子发光材料
• 有机高分子光学材料 • 有机配合物发光材料
结构和工作原理
载流子注入 载流子迁移 载流子复合
激子的迁移
电致发光
有机光电转换材料
光电转换材料是一种能将光通过一定的物 理或化学方法变成电能的功能材料，是材 料科学研究领域的一个热点。
光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电池。
子传导为主外，其余三类聚合物都是以电子传导为主的。
（1） 共轭聚合物的电子导电
共轭体系的导电机理 共轭聚合物是指分子主链中碳—碳单键和双键交替排列的聚合物，典型代表是聚乙炔： －CH = CH－ 由于分子中双键的π电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一定的导电性。 具有导电性的共轭体系必须具备两条件。 第一，分子轨道能强烈离域； 第二，分子轨道能互相重叠。满足这两个条件的共轭体系聚合物，便能通过自身 的载流子产生和输送电流。 在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决于共轭链中π电子数和电子活化能 的关系。理论与实践都表明，共轭聚合物的分子链越长，π电子数越多，则电子 活化能越低，亦即电子越易离域，则其导电性越好。
有机固体材料
有机导体材料： 小分子导体，导电高分子
有机磁性材料 有机发光材料-----有机发光二极管（OLED） 有机光电材料----有机太阳能电池
纳米科学技术及其应用
纳米表征技术：
光谱表征
显微镜、探针表征：STM、AFM ，TEM、 SEM
基本原理、 应用（制样、应用范围）
有机固体主要是指研究功能有机分子和高 分子的合成、组装及其凝聚态的结构，光、 电、磁等物理功能和现象及其产生的机制， 以及由此形成的有机和高分子功能材料在 光， 电子、微电子等器件方面的应用。
能耗低
自发光
可挠曲性面板
OLED
广视角
高发光效率
反应时间快
空穴传输材料 电子传输材料 电发光材料
材料实现——电子传输材料
具有大的共轭平面的芳 香族化合物，能有效 地传递电子，有较好 的接受电子的能力。
2014-11-23
11
材料实现－空穴传输材料
• • • • • • 较高的空穴迁移率 良好的成膜性 较小的电子亲和能，利于空穴注入 较低的电离能，对电子有阻挡作用 较高的激发能量，防止激子的能量传递 良好的热稳定性
导电高分子特点： 导电性、聚合物所特有的成膜性、透明性、黏着性等。加工成形方便， 能加工成各种所需的形状。导电聚合物在导电涂料、导电胶、导电薄膜、 导电塑料、导电橡胶、导电电气部件等方面得到广泛应用。
结构型导电高分子
根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有两种导电形式： 电子导电和离子传导。对不同的高分子，导电形式可能有所不 同， 但在许多情况下，高分子的导电是由这两种导电形式共同引起 的。如测得尼龙－66在120℃以上的导电就是电子导电和离子导 电的共同结果。 四类聚合物具有导电性：高分子电解质、共轭体系聚合物、电 荷转移络合物和金属有机螯合物。其中除高分子电解质是以离
概念介绍
材料的性能是怎样表征的？ ——将光电材料制成光电池
开路光电压：电路处于开路（电阻无穷大）时的电 压，常用Voc表示； 短路光电流：电路处于短路（电阻为零）时的电 流密度，常用Jsc表示；
2014-11-23 17
概念介绍
光电转换外量子效率η： 电极受光照后，外电路中
单位时间内产生的光电流的电子数
η=
单位时间内吸收的光电子数目
2014-11-23
18
STM AFM：三种模式 SEM：样品制备---导电性好
TEM：分辨率，样品制备（粉末样品、块 状样品—减薄）；电子衍射及其应用
有机材料的优点
柔性、大面积（柔性器件） 加工简便（不需要高真空、高温等） 资源丰富、分子结构多变 ，可根据需 要设计合成 分子器件 ----- 小型化、高度集成电子信息设备
小分子导体 有机导体
高分子导体
第一类是小分子给体和小分子受体分别堆砌成柱组成的电荷 转移复 合盐如 TTF—TONQ； 第二类是基于大环平面分子如酞菁、卟啉等堆砌成柱的导电材料 第三类是掺杂的共轭链高分子如有机导电高分子——聚乙炔的掺杂；
酞菁
导电高分子
复合型：通过在塑料或者在橡胶中加入炭黑或者金属粉末等导电性
填料来制备；常见的产品有导电橡胶、导电涂料、有机电热元件、电
阻器、电磁屏蔽材料和导电黏合剂等。 结构型：导电性能与其化学结构和掺杂状态有直接关系。可以进一步 分成电子导电聚合物、离子导电聚合物和氧化还原型导电聚合物。
聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚 合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1· cm-1）
硅太阳能电池 成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。 有机光电池 潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性
2014-11-23 15
机理——光诱导电子转移反应
D（Donor）
——电子给体 ET ——电子转移
A(Acceptor)
——电子受体
Fra Baidu bibliotek
photo induced electron transfer reaction
材料实现——电致发光材料
• 有机小分子发光材料
• 有机高分子光学材料 • 有机配合物发光材料
结构和工作原理
载流子注入 载流子迁移 载流子复合
激子的迁移
电致发光
有机光电转换材料
光电转换材料是一种能将光通过一定的物 理或化学方法变成电能的功能材料，是材 料科学研究领域的一个热点。
光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电池。
子传导为主外，其余三类聚合物都是以电子传导为主的。
（1） 共轭聚合物的电子导电
共轭体系的导电机理 共轭聚合物是指分子主链中碳—碳单键和双键交替排列的聚合物，典型代表是聚乙炔： －CH = CH－ 由于分子中双键的π电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一定的导电性。 具有导电性的共轭体系必须具备两条件。 第一，分子轨道能强烈离域； 第二，分子轨道能互相重叠。满足这两个条件的共轭体系聚合物，便能通过自身 的载流子产生和输送电流。 在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决于共轭链中π电子数和电子活化能 的关系。理论与实践都表明，共轭聚合物的分子链越长，π电子数越多，则电子 活化能越低，亦即电子越易离域，则其导电性越好。
有机固体材料
有机导体材料： 小分子导体，导电高分子
有机磁性材料 有机发光材料-----有机发光二极管（OLED） 有机光电材料----有机太阳能电池
纳米科学技术及其应用
纳米表征技术：
光谱表征
显微镜、探针表征：STM、AFM ，TEM、 SEM
基本原理、 应用（制样、应用范围）
有机固体主要是指研究功能有机分子和高 分子的合成、组装及其凝聚态的结构，光、 电、磁等物理功能和现象及其产生的机制， 以及由此形成的有机和高分子功能材料在 光， 电子、微电子等器件方面的应用。
能耗低
自发光
可挠曲性面板
OLED
广视角
高发光效率
反应时间快
空穴传输材料 电子传输材料 电发光材料
材料实现——电子传输材料
具有大的共轭平面的芳 香族化合物，能有效 地传递电子，有较好 的接受电子的能力。
2014-11-23
11
材料实现－空穴传输材料
• • • • • • 较高的空穴迁移率 良好的成膜性 较小的电子亲和能，利于空穴注入 较低的电离能，对电子有阻挡作用 较高的激发能量，防止激子的能量传递 良好的热稳定性
导电高分子特点： 导电性、聚合物所特有的成膜性、透明性、黏着性等。加工成形方便， 能加工成各种所需的形状。导电聚合物在导电涂料、导电胶、导电薄膜、 导电塑料、导电橡胶、导电电气部件等方面得到广泛应用。
结构型导电高分子
根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有两种导电形式： 电子导电和离子传导。对不同的高分子，导电形式可能有所不 同， 但在许多情况下，高分子的导电是由这两种导电形式共同引起 的。如测得尼龙－66在120℃以上的导电就是电子导电和离子导 电的共同结果。 四类聚合物具有导电性：高分子电解质、共轭体系聚合物、电 荷转移络合物和金属有机螯合物。其中除高分子电解质是以离