共轭聚合物光电材料设计概论

材料化学专业科研训练

题目:共轭聚合物光电材料设计班级:材化12-3

姓名:丁泽

指导教师:杨照地

哈尔滨理工大学化学与环境工程学院

2014年12月31日

摘要

共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，具有独特的光、电、电化学等性质，由于共轭聚合物结构( 链段、构象、聚集态) 的复杂性，即使在非常精细的合成条件下，少量结构缺陷的形成也是难免的，本文在前人的基础上设计了在PPV共轭聚合物主链及侧链上添加各种基团或原子后的改性情况。共轭聚合物，特别在其固态状态下激发能量能够有效传递，使得少量缺陷的影响被放大，对其光电性质产生巨大影响。因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。

关键词共轭聚合物，PPV，光电材料，合成改性，修饰改性

目录

摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论.. (1)

1.1 共轭聚合物概述 (1)

1.1.1 共轭聚合物的分类 (4)

第2章PPV类共轭聚合物 (5)

2.1 PPV类共轭聚合物简介 (5)

2.2 共轭聚合物的缺陷 (6)

2.2.1 PPV 的四面体缺陷 (8)

2.2.2 PPV的氧化缺陷 (9)

2.2.3 顺式缺陷 (10)

第3章PPV共轭聚合物的改性研究 (13)

3.1 PPV类聚合物的结构修饰 (13)

3.1.1 侧链修饰 (14)

3.1.2 主链修饰 (18)

总结 (20)

参考文献 (21)

第1章绪论

1.1共轭聚合物概述

随着社会的发展，显示技术目前已经成为无论是信息化还是人们日常生活都离不开的高科技领域。阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、无机LED、等离子体显示(PDP)和荧光管显示(VFD)等显示技术都在不断的被改进和完善，以适应社会和市场的要求。

CRT显象管技术是目前历史最悠久、技术最成熟、市场份额最大的一项显示技术，但是由于它体积大、电压高、功耗大、质量大以及难于制备出大面积显示器，所以越来越不能满足显示领域的要求。

目前应用较为广泛的液晶显示器(LCD)具有技术成熟、体积小(平板化)、色彩艳、市场份额较大等优点，但是它的视角小、反应速度慢、难以制备大面积器件。而且由于工作条件要求高、抗震性差、功耗较高，其分辨率的提高是以牺牲对比度为代价来实现的，因此具有很大的局限性。

等离子体显示技术是近年来发展起来的另一种平板显示技术，它具有体积小、视角大、技术较为成熟和易制备大尺寸显示器等特点，但是它的功耗大、电压高，难以制成高清晰的显示器，这决定了等离子体显示技术只能在大面积显示领域有发展前途。

无机薄膜电致发光作为新型平板显示技术，具有全固体化、体积小、抗震、分辨率高、视角大、寿命长、对工作环境的要求低、可制备各种尺寸的显示器件等特点，缺点是蓝色发光亮度低、难以实现彩色显示、器件制备工艺复杂、生产成品率低和成本高等。

有机薄膜电致发光(OLED)是近年来发展迅速并且具有巨大应用前景的新型平板显示技术，按材料的分子结构和化学性质可以分为有机小分子材

有机小分子发光材料的优点是：材料易提纯、亮度高、发光效率高和易蒸镀成膜，缺点是热稳定性差且易结晶。

聚合物光电材料的优点是:具有良好的热稳定性、优异的成膜性和较好的机械强度，但材料合成复杂，提纯困难，难制成多层器件。其中聚对苯撑乙烯撑PPV [poly(1,4-phenylenevinylene)]以分子结构易于修饰、合成路线多、发光效率高、热稳定性好而成为最有发展前途的一类发光聚合物。

概括起来，有机电致发光显示器具有以下优点；

(1)可实现红、绿、蓝多色显示；

(2)具有面光源共同的特点，亮度达200cd/m3；

(3)不需要背光源，可使器件小型化；

(4)驱动电压较低（直流10V左右），节省能源；

(5)器件厚度薄，附加电路简单，可用于超小型便携式显示装置；

(6)响应速度快，是液晶显示器(LCD)的1000倍；

(7)器件的象元数为320个，显示精度超过液晶显示器的5倍；

(8)可制作在柔软的衬底上，器件可弯曲、折叠。

PPV类高分子是典型的空穴传输型发光材料，空穴的传输速度远远大于电子。PPV类共扼高分子的发光是分子从基态被能量激发到激发态，再由激发态回到基态产生的辐射跃迁过程。由于聚合物具有偶数电子，基态时电子成对存在于各分子轨道，根据Pauli不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋相反，所以分子中总的电子自旋为零(S)，这个分子所处的电子能态为单重态(2S+1=0)。当分子中的一个电子吸收能量被激发时，通常它的自旋不变，则激发态是单重态；如果激发过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态（三重态的能量低于单重态）。当分子在电场(或光能)激发下被激发到激发单重态(S)，经振动能级弛豫到最低激发单重态(S1)，最后

最后产生Tl-So的电子跃迁，此时辐射出磷光。由于PPV类共扼高分子的EL发光光谱和PL发光光谱极其相似，表明二者具有相同的激发态，即主要通过单重态激发而发出荧光。[1]

图1-1 PPV共扼高分子的辐射跃迁过程

共轭聚合物是主链上有大离域π键的一类聚合物，其主链是由C-C单键和双键或三键交替连接而成。在共扼聚合物中，离域兀键的存在使得聚合物从通常的绝缘体变为了半导体甚至是导体，形成长程的7L电子共扼体系，并通常具有荧光发光性质和导电性。正是由于共轭聚合物的结构中存在着π电子共轭体系这样的特殊结构，因而具有许多优异的光电性能，如良好的非线性光学性质、半导体特性以及掺杂态的金属导电性等。同时共轭聚合物还具备了聚合物所特有的良好加工性能和力学性能，可广泛应用于薄膜材料、太阳能转换材料、层压材料、特种胶粘剂、抗静电材料、导电材料以及涂料等领域。近几十年来，共轭聚合物作为一种功能高分子材料受到了全世界科学家们的广泛关注。各种各样的新型共轭聚合物被陆续设计和合成出来，这些新型的聚合物具有高的发光效率和电荷输送能力，被应用到与人们日常生活相关的各个领域。共轭聚合物独特的电学和光学性能及其作为高分子材料的特点，决定了共轭聚合物广泛的应用前景，也推动了共轭聚合物材料突飞猛进的发展。