第七章 有机光导电材料及应用(电子照相技术)

显影: 显影 色粉与感光体接触而显影.色粉也称为“墨 “ 粉”，是一个混合物,它包括粘合剂热固性树脂 (90%)、着色剂颜料(8%)、电荷控制剂、离散剂 (蜡)等原料(2%)作干混合后,再将之进行熔融混练, 以喷射粉碎法粉体化,制成色粉粒子. 为了使感光鼓上静电潜影(带正电或负电)显像， 则墨粉必须带相反的电荷，这就是电荷控制剂的 作用。
.C
N H
.O
酞菁以及金属酞菁化合物： 酞菁以及金属酞菁化合物：
N N N N N M N N N
(2)激光打印机用电荷发生材料 激光打印机用电荷发生材料: 激光打印机用电荷发生材料 半导体激光打印机的光源波长,由于是在 780～830nm区域,所以使用的有机颜料比复 印机用的有机颜料趋向近红外区,并具长波长 的光吸收能力.这些颜料有酞菁、双偶氮颜料 和三偶氮颜料等.
有机光电导材料的复合,一般采用物理方法, 如:碾磨、球磨、溶液共沉淀、真空共沉积等方 法,使不同的材料以微小颗粒的形态聚集在一起; 也可以是层状复合,使不同的材料以叠层形式聚 集在一起;也可以是纳米级、分子级复合,使不同 的材料以纳米颗粒或分子级水平进行复合;也可 以采用化学方法,把两种含有不同功能基团的分 子合成于同一个分子中,即分子内复合。
有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺 的高技术材料,随着时代和信息技术的发展,成本 更低、性能更高、对环境污染小的有机复合光电 导材料及器件正成为当前信息和功能材料研究的 方向和趋势。
目前,人们对光电导,特别是有机复合光电 导材料的复合原理和光电导机制的研究还不清 楚,这使得高性能光电导材料的设计缺乏依据,因 此,深入研究和开发新类型和高性能的有机复合 光电导材料及其光电导机制,将很有科学的必要 性和应用方面的重要性,而且这也会极大地促进 与光电导基本原理相似的有机太阳能电池、有 机发光器件等相关领域,同时可能在信息领域开 发新的器件和新的用途。
电晕放电:在感光体表面通过电晕放电,使有足够的电 电晕放电 位,产生电场. 曝光:光照区,光通过传输层进入产生层.产生材料在光 曝光 能的激发下产生正负电荷;在电场作用下,正电荷进入到 传输层,通过传输材料传送到感光体表面,与表面负电荷 中和.负电荷进入到导电底基,与感应的正电荷中和.而非 光照区表面电位没有变化,这样就在感光体表面上形成 静电潜像.
三、有机光导体的结构: 有机光导体的结构
有机光导体大体上分为单层型光导体、层积型光导 单层型光导体、 单层型光导体 体两种. 单层型光导体是将电荷产生材料、电荷传输材料等有 单层型 机颜料,分散在粘合剂中形成感光层,通称分散型,使用这 种单层型光导体的复印机,其优点是产生的臭氧少. 层积型光导体又称功能分离型,这种光导体包括电荷产 层积型 生层、电荷传输层的层积结构.现在生产的有机光导体差 大多都是这种层积型光导体.
为了提高酞菁染料的溶解性，最近合成了如 下化合物： R=n-C4H9- R=n-C5H11-
R O R O N H R O R O N N N N R
O N O R H N O N O R R
以上化合物在二氯甲烷、氯仿、二氯乙 烷等溶剂中溶解度有很大幅度增加，尤其 是在异丙醇中有一定溶解度，便于涂布。
负电荷控制剂(用于硒感光体等)以1：2型金属 负电荷控制剂 络合物为主。 正电荷控制剂(用于多数有机光导电感光体)以 正电荷控制剂 季胺盐为主，如苯胺黑。也可用带正电荷的1：2型 1 2 金属络合染料。 我国近几年来静电复印技术的使用已非常普遍， 国内已有复印粉生产，但品质还不够理想。
在黑白复印 黑白复印中,采用炭黑为颜料. 黑白复印 在彩色复印 彩色复印时,色粉着色剂颜料常用的 彩色复印 三原色:黄色颜料是双偶氮黄,品红颜料是喹 吖啶酮类或洋红6B,蓝色颜料是铜酞菁。
其次,引入纳米化、低维化和分子组装等 方法,实现有机光电导材料的纳米级、分子 级或分子内复合,有效提高有机复合光电导 材料及器件的光敏性能。
另外,器件制备也是一个非常重要的因素。 通过对器件结构和制备工艺进行改进,以简 化光电导器件涂布工艺、降低残余电位、 提高产品合格率、降低生产成本、提高光 电导器件的综合性能。
苝系颜料
C H C H
3 3
O C N C O C N C O
O C H C H
3
3
偶氮颜料： 偶氮颜料 偶氮色素是芳胺的重氮盐与偶合组份反应 合成的，作为CGM用的色素偶氮基数在2个 以上的双偶氮或三偶氮颜料，偶合组份可用 萘系的化合物，如：
N H
.C .O
O H I N N
C C I
H O N N
b电荷传输材料 电荷传输材料: 电荷传输材料 (1).复印机感光鼓用的电荷传输材料 复印机感光鼓用的电荷传输材料: 复印机感光鼓用的电荷传输材料 应使用离子化电位差小的化合物,如吡唑啉类、腙类、 噁唑类、芳胺类和三苯甲烷类化合物等,这类化合物很多 已达实用阶段,腙类化合物( N-N=CH-)的效果较好.
五、电子照相的原理和程序: 电子照相的原理和程序
①.带电:在暗处充电后,使光导体表面带上均匀的电荷. ②.曝光:将光导体表面曝光,中和曝光部分电荷,形成静电潜 影. ③.显影:将色粉施在光导体表面的静电潜影上,形成可见图 像. ④.转移:将光导体表面的可见图像转移到纸上. ⑤.清除:去除光导体表面的残留色剂. ⑥.定影:通过加热使图像定影.
C ( C
2
H5 )2 N N
N = C H
H ( C
N
2
H5 )
2
( C
2
H5 )2 N H = N N
C
(2).激光打印机感光鼓用的电荷传输材料： 激光打印机感光鼓用的电荷传输材料 激光打印机感光鼓用的电荷传输材料 目前使用较多的是酞菁类化合物，如氧化酞菁。 由于氧化钛菁是不溶性的固体微小颗粒，给感光 鼓的加工制作带来不方便，而且对打印件的清晣度有 一定的影响。有的公司改用酞菁染料，该染料溶解度 好，涂布均匀加工方便，光敏感度高，但耐光牢度差。 为了提高光稳定性，采用添加单线态氧猝灭剂的方法， 由于激光打印机的感光鼓通常是和墨粉一起装在墨粉 盒里，随墨粉用完而同时更换的，所以虽然感光鼓的 耐光牢度不高，但同样也能达到良好的效果。
因此通过有机光电导材料复合化的研 究,以满足上述要求,就成为当前国际上有机 光电材料科学研究的前沿与热点之一,同时 有机光电导材料复合化的研究必将有助于 解释和完善有机光电导理论,为高性能有机 光电导材料及器件的设计提供理论基础。
二、分类
1、按材料分类： 、按材料分类 最早实用化用于电子照相感光体材料的是: 硒、硒合金、硫化镉、氧化锌等无机材料。但从 70年代有机光导电体实用化以来，随着性能的不 断提高，OPC成了感光体的主流。
六、结语
新形势下信息化、数字化和环境保护等的发 展趋势和要求,为具有优越光电导性能与综合性 能的有机复合光电导材料,以及将材料与器件交 叉渗透结合为一体的新型单层型有机光电导器件 的崛起,提供了极为有利的时机。
为了使有机光电导材料达到优良的复合 效果,需要考虑以下三个方面:首先,通过适当 的分子设计、化学修饰、表面改性或核壳 包覆等方法对有机光电导材料进行结构改 进,解决有机材料复合时容易聚集和稳定性 差等难题。
激光打印机、静电复印机等电子照相技术的发展, 从某种意义上说,主要依赖于光电导材料,特别是 有机光电导材料的不断发展,所以有机光电导材料 已经成为信息社会不可或缺的高技术材料之一。
复合化是提高材料基本性能的有效途径。 不少研究结果表明,通过不同结构、不同组成、 不同功能光电导材料的复合,可使光电导材料的 基本性能得到互补、协同优化与增强,最后得到 光电导性能更优异的材料与器件。
有机光导体的结构如下:
单层型光电导器件中,电荷产生材料均匀分散在整个光 电导层中,曝光过程中,光在光敏层中被有效吸收,CGM受激 发产生载流子对(空穴-电子) 。在表面电荷和界面之间产 生的内部电场作用下,载流子对分离,电子向下运动至界面 处被导走,空穴则向上运动被导走。这种电荷产生及传输 至光电导器件表面和基底的运动过程,即为电荷产生和电 荷传输过程。
电荷产生材料是指能产生正负电荷的材料。要求 电荷产生材料 光吸收效率高。 电荷传输材料是指输送电荷能力强的材料。要求 电荷传输材料 移动度高。 二者组合的感光体才使高灵敏度、高耐久性成 为可能。
2、按光源分类： 、按光源分类 有机感光体按光源 光源为分: 光源 ⑴.以卤光灯 卤光灯等白色光为光源(波长450～650nm)，对画像 卤光灯 的反射光,进行曝光的模拟复印机 模拟复印机用感光体; 模拟复印机 ⑵.以半导体激光 半导体激光(波长780～830nm)或LED阵列形型的点 半导体激光 阵列形型的点 光源进行扫描,对画象信号进行曝光的激光打印机或数码 光源 激光打印机或数码 复印机用感光体. 复印机
以层积型 层积型为例: 层积型 电荷产生层是在铝的导电基板上,将电荷产生材 铝 电荷产生层 电荷产生材 粘合剂和有机溶剂 料、粘合剂 有机溶剂 粘合剂 有机溶剂等形成的溶液,用辊筒涂布等 方法均匀分散.涂液的调制和涂布工艺也是十分重要 的.所用的粘合剂有聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺和聚酯 树脂等,电荷产生层的膜厚通常为0.1～1µm.
3、按用途分类： 、按用途分类： a.电荷产生材料 电荷产生材料: 电荷产生材料 (1)复印机用电荷发生材料 复印机用电荷发生材料:要求使用在450～650nm的可 复印机用电荷发生材料 见光区具有感光度的有机颜料,在这个波长区域内具有光 吸收能力的有机颜料有双偶氮颜料(-N=N-)、苝系和稠环 系颜料等.
电子照相
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光导体结构及制作
电荷产生材料（CGM:Charge Generate Material） [电荷产生层 （CGL:Charge Generate Layer）] 电荷传输材料（CTM:Charge Transfer Material） [电荷传输层 （CTL:Charge Transfer Layer）]
电荷传输层是在电荷产生层上,将由电荷传输材 电荷传输层 料、粘合剂和有机溶剂形成的涂液,进行涂布.通常 膜厚为15～20µm.由于电荷传输层在感光层上,因此 必须是透明的.所用粘合剂有聚碳酸酯、丙烯酸、聚 酯和苯酚树脂等.
四、光导电机理: 光导电机理
电晕放电: 电晕放电 在感光体表面通过电晕放电,使有足够的 电位,产生电场. 曝光:光照区,光通过传输层进入产生层.产生材料在 曝光 光能的激发下产生正负电荷;在电场作用下,正电荷 进入到传输层,通过传输材料传送到感光体表面,与 表面负电荷中和.负电荷进入到导电底基,与感应的 正电荷中和.而非光照区表面电位没有变化,这样就 在感光体表面上形成静电潜像.
第七章 有机光电导材料的发展及应用
一、前言 前言
有机光电导体(organic photoreceptor compounds,简 称OPC),作为电子照相感光材料已被广泛应用在静电复印、 全息照相、激光打印和轻印刷制版等技术领域. 电子照相是在1933年由C.F.Carlson发明。它是利用光、 电场的作用，形成图像的方法，由于这种方法简易快速， 因此目前已在静电复印和激光印刷中普遍使用。