1、论文题目论文题目：发光高分子材料发光高分子材料的的应用与发展应用与发展答答 辩辩 人人：指导老师指导老师：专专 业业：高分子材料与工程：高分子材料与工程班级：班级：发光高分子材料的分类按发光原理分类按发光原理分类v1.光致发光材料光致发光材料v1.1高分子骨架上连接了芳香稠环结构的荧光材料高分子骨架上连接了芳香稠环结构的荧光材料。例如：芘的衍生物例如：芘的衍生物按发光原理分类按发光原理分类v1 光致发光材料光致发光材料v1.2 共轭结构的分子内电荷转移化合物共轭结构的分子内电荷转移化合物 v1.2.1 两个苯环之间以两个苯环之间以C=C键相连的共轭结构的键相连的共轭结构的衍生物衍生物按发光原理
2、分类按发光原理分类v1 光致发光材料光致发光材料v1.2 共轭结构的分子内电荷转移化合物共轭结构的分子内电荷转移化合物 v1.2.2香豆素衍生物香豆素衍生物 按发光原理分类按发光原理分类v1 光致发光材料光致发光材料v1.2 高分子金属配合物发光材料高分子金属配合物发光材料 v例如例如:8一羟基喹啉与一羟基喹啉与Al、Be、Ga、In、Sc、Yb、Zn、Zr等金属离子形成发光配合物。等金属离子形成发光配合物。按发光原理分类按发光原理分类v2.光致发光材料光致发光材料v2.1 芴类电致发光材料按发光原理分类按发光原理分类v2.光致发光材料光致发光材料v2.1香豆素类有机电致发光材料按发光原理分类
3、按发光原理分类v2.光致发光材料光致发光材料v2.1聚对苯乙炔-噻吩共轭聚合物电致发光材料按发光原理分类按发光原理分类v2.光致发光材料光致发光材料v2.1聚对苯撑乙烯(PPV)类电致发光材料发光高分子材料的结构与发光高分子材料的结构与制备制备1 高分子骨架上连接了芳香稠环结构的荧光材料高分子骨架上连接了芳香稠环结构的荧光材料，应稠环芳烃具有较大的共轭体系应稠环芳烃具有较大的共轭体系和平面刚性结构，从而具有较高的荧光量子效率。和平面刚性结构，从而具有较高的荧光量子效率。其中广泛应用的是芘的衍生物，如其中广泛应用的是芘的衍生物，如图图 荧光物质而分为三类光致发光高分子光致发光高分子2 共轭结构的
4、分子内电荷转移化合物共轭结构的分子内电荷转移化合物 （1）两个苯环之间以）两个苯环之间以-C=C-相连的共轭结构的衍相连的共轭结构的衍生物如图生物如图 吸收光能激发至激发态时，分子内原有的吸收光能激发至激发态时，分子内原有的电荷密度分布发生了变化。电荷密度分布发生了变化。这类化合物是荧光增白这类化合物是荧光增白剂中用量最大的荧光材料，常被用于太阳能收集和剂中用量最大的荧光材料，常被用于太阳能收集和染料着色。染料着色。（2）香豆素衍生物）香豆素衍生物 在香豆素母体上引入胺基类取代基可调节荧光的颜色，它们可发在香豆素母体上引入胺基类取代基可调节荧光的颜色，它们可发射出蓝绿岛红色的荧光，已用作有机电
5、致发光材料。射出蓝绿岛红色的荧光，已用作有机电致发光材料。但是，香豆素类但是，香豆素类衍生物往往只在溶液中有高的量子效率，衍生物往往只在溶液中有高的量子效率，而在固态容易发生荧光猝灭而在固态容易发生荧光猝灭，故常以混合掺杂形式使用。，故常以混合掺杂形式使用。（3）吡唑啉衍生物）吡唑啉衍生物 它们均可在吸收光后分子被激发、进而引起分子内的电荷转它们均可在吸收光后分子被激发、进而引起分子内的电荷转移而发射出不同颜色的荧光，均有较高的荧光效率。移而发射出不同颜色的荧光，均有较高的荧光效率。3 高分子金属配合物发光材料，高分子金属配合物发光材料，许多配体分子在自由状许多配体分子在自由状态下并不发光，但
6、与金属离子形成配合物后却能转变成强态下并不发光，但与金属离子形成配合物后却能转变成强的发光物质的发光物质 8羟基喹啉与羟基喹啉与 Al、Be、Ga、In、Sc、Yb、Zn、Zr 等金属离子形成发光配合物等金属离子形成发光配合物电致发光高分子电致发光高分子1 芴类电致发光材料芴类电致发光材料v 聚芴聚芴 1（如图）（如图）是一种具有刚性平面联苯结构的化合物是一种具有刚性平面联苯结构的化合物,可以通过苯环上有限的几个反应点可以通过苯环上有限的几个反应点,特别是特别是 9 位碳位碳,得到一得到一系列衍生物。系列衍生物。因此因此,聚芴也已成为一种非常重要并被许多聚芴也已成为一种非常重要并被许多学者认为
7、最有很有应用前景的一类材料。学者认为最有很有应用前景的一类材料。2香豆素类有机电致发光材料香豆素类有机电致发光材料v 香豆素化合物具有优异的光学特性香豆素化合物具有优异的光学特性,是很好的荧光材是很好的荧光材料、激光染料和非线性光学材料料、激光染料和非线性光学材料,并在分子器件方面并在分子器件方面具有独特的性能具有独特的性能 反应路线可以简单的表达为：反应路线可以简单的表达为：聚合方法聚合方法v以以 42N,N2 二乙基氨基水杨醛、二乙基氨基水杨醛、氰乙酸乙酯、氰乙酸乙酯、22 氨基氨基 242 氯苯酚一步法合成香豆素有机电致氯苯酚一步法合成香豆素有机电致发光材料发光体发光材料发光体,具有原料
8、易得具有原料易得,操作简单等优点操作简单等优点,工业化可行性强。工业化可行性强。较佳的工艺条件为：氰乙酸乙较佳的工艺条件为：氰乙酸乙酯、酯、42N,N2 二乙基氨基水杨醛、二乙基氨基水杨醛、22 氨基氨基 242 氯氯 2 苯酚、苯甲酸苯酚、苯甲酸(催化剂催化剂)的摩尔比为的摩尔比为1 1 1 0.5,以正丁醇为溶剂以正丁醇为溶剂,反应温度反应温度 115,反应时间反应时间 68h,产物收率可达到产物收率可达到 65%。3聚对苯乙炔聚对苯乙炔-噻吩共轭聚合物电致发光材料噻吩共轭聚合物电致发光材料v 聚对苯乙炔聚对苯乙炔(PPE)具有相似于具有相似于 PPV 的结构的结构,在溶液中在溶液中显示很
9、高的荧光效率显示很高的荧光效率,有望作为发光材料有望作为发光材料.聚对苯乙炔主聚对苯乙炔主链引入噻吩基团链引入噻吩基团,不仅改善了溶解性不仅改善了溶解性,而且提高了分子量而且提高了分子量,以期获得性能更好的电致发光材料。以期获得性能更好的电致发光材料。v 单体的合成路线单体的合成路线聚合物的合成聚合物的合成 实验发现实验发现,用多种高聚物材料用多种高聚物材料 如如PPV(PPV(聚对苯基乙聚对苯基乙烯烯)构成薄膜或调制型薄膜构成薄膜或调制型薄膜,再在其两边加上不同再在其两边加上不同的金属材料所组成的阳极和阴极的金属材料所组成的阳极和阴极,就可制成性能良就可制成性能良好的发光二极管好的发光二极管
10、(LED)(LED)v这种材料的发光频率处于可见光范围之内这种材料的发光频率处于可见光范围之内,而且颜而且颜色可以进行调整色可以进行调整.v它们价格便宜、重量轻、厚度薄它们价格便宜、重量轻、厚度薄,具有良好的力学具有良好的力学性能性能,可以制成大面积的发光二极管可以制成大面积的发光二极管 从电子能带结构来看从电子能带结构来看,发光高聚物材料是一种有机半发光高聚物材料是一种有机半导体导体,其导带和价带之间有一定的能隙其导带和价带之间有一定的能隙.在正常情况下在正常情况下,导带和价带中都没有载流子导带和价带中都没有载流子,因此是不导电的因此是不导电的.我们可我们可以选用一种功函数较低的金属以选用一
11、种功函数较低的金属,贴在高聚物薄膜的一边贴在高聚物薄膜的一边,作为阴极作为阴极,再选用一种功函数较高的金属再选用一种功函数较高的金属,贴在高聚物贴在高聚物薄膜的另一边薄膜的另一边,作为阳极作为阳极.如果能使得阴极金属中电子如果能使得阴极金属中电子费米能级的位置接近于高聚物的导带底部的位置费米能级的位置接近于高聚物的导带底部的位置,而阳而阳极金属中电子费米能级的位置接近于高聚物的价带顶极金属中电子费米能级的位置接近于高聚物的价带顶部的位置部的位置,那么在阳极和阴极之间加上一定的偏置电压那么在阳极和阴极之间加上一定的偏置电压后后,就会从阴极向其导带注入电子就会从阴极向其导带注入电子,而从阳极向价带
12、注而从阳极向价带注入空穴入空穴.这些进入PPV薄膜内部的电子和空穴,在一定的条件下会发生复合而湮灭(也就是电子从导带跃迁到空穴所对应的价带空能级上),其多余的能量就作为光子而辐射出来,从而形成电致发光.这样,电子和空穴注入时的输运过程以及电子-空穴对在高聚物内部存在时的形态,就成为了解其发光机制的关键问题.一方面,从分子结构的角度来看,现在所采用的发光高聚物材料大多是由链状的有机大分子组成,因此具有典型的准一维的特征;另一方面,由于链的弯曲，链间的耦合、支链位置的随意性、制备中热转换的不彻底性等因素的存在,它又是一种高度无序的体系.实验中发现,如果PPV薄膜发生晶化(有序化),其发光效率反而会
13、极大地降低.对这种特殊的无序体系中电子结构的正确描述,仍然是固体物理学科中没有完全解决的问题.综上所述,PPV及有关材料的电致发光现象的发现为研制新一代发光器件开辟了一条途径,同时也向基础理论研究工作者提出了新的问题.对这方面研究工作的开展,一方面将推动有关的应用研究,另一方面将有助于能带理论、无序理论及光电子学理论等学科领域的发展.应用应用根据导电性，材料可分为绝缘体、半导体、金属导体、超导体。有机聚合物通常都是绝缘体，像尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯等都是最常见的绝缘体。但是自从70年代末发现了导电聚合物之后，这一传统的观念逐渐被打破了。海外高分子科学的新进展 共轭聚合物及其点至发光器件目前所研究
14、的高分子发光材料主要是共轭聚合物，如聚苯、聚噻吩、聚芴、聚三苯基胺及其衍生物等。还有聚三苯基胺，聚咔唑，聚吡咯，聚卟啉8及其衍生物、共聚物等，目前研究得也比较多。选题的意义选题的意义1常用高分子发光材料常用高分子发光材料2发光高分子的应用发光高分子的应用3存在的问题及收获存在的问题及收获4v选题的意义：选题的意义：v信息技术,纳米技术，生物技术被誉为 21 世纪的最具前景的三大技术，它们将会给人们的生活方式带来彻底的改变。v作为技术的载体，材料科学的发展通常会伴随技术的突破。高分子发光材料被广泛应用在通讯、卫星、光学计算机、生物等高科技领域，与无机发光材料相比，高分子发光材料具有更高的发光效率
15、、更宽的发光波长等优越性，因此关于高分子发光材料的研究愈来愈引起人们的兴趣。选题的意义选题的意义1常用高分子发光材料常用高分子发光材料2聚对苯乙烯 聚对苯乙烯聚对苯乙烯 在14伏电压下发出黄绿色光，是目前科研最多的一类导电高分子发光材料。聚噻吩聚噻吩 3-烷基取代的聚噻吩制得的可以发红光的单层PLED。聚芴聚芴 研究最广泛的蓝光聚合物。其他公个高分子材料都有类似半导体材料那样的性能，也可以作为点至发光材料。高分子稀土配合物高分子稀土配合物下表是PLED近年发展情况：应用与发展应用与发展导电高分子的电致发光性一经发现，就因其潜在的极大研究和实用价值，引起科导电高分子的电致发光性一经发现，就因其潜
16、在的极大研究和实用价值，引起科学家和众多厂家的关注相关公司纷纷展示自己的新的技术及产品。学家和众多厂家的关注相关公司纷纷展示自己的新的技术及产品。发光高分子的应用发光高分子的应用3光致发光高分子光致发光高分子发光高分子的应用发光高分子的应用重点介绍：OLED即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode）OLED具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当电流通过时，有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够显著节省电能，因为此OLED屏幕却具备了许多LCD不可比拟的优势。发光高分子的应用发光高分子的应用OLED的的前世今生前世今生目录v
17、1.OLED之父邓青云v2.OLED的历史v3.OLED的国际产品发展史v4.OLED的3个阶段v5.OLED的发展前景v1979年，柯达公司邓青云博士无意中发现了一年，柯达公司邓青云博士无意中发现了一种具有发光特性的有机材料，这就是后来被誉为种具有发光特性的有机材料，这就是后来被誉为继继LCD之后的下一代平面显示器之后的下一代平面显示器”的的OLED（有（有机发光二极管）技术的起源。机发光二极管）技术的起源。近年来，近年来，OLED受受到了业界的极大关注。从诞生到现在，历经几十到了业界的极大关注。从诞生到现在，历经几十年，今天的年，今天的OLED正已惊人的速度开始步入产业正已惊人的速度开始步
18、入产业化阶段，在竞争激烈的平板显示市场上占据了一化阶段，在竞争激烈的平板显示市场上占据了一席之地。席之地。OLED之父之父邓青云邓青云vOLED的研究产生起源于一个偶然的发现。的研究产生起源于一个偶然的发现。1979年的一天晚上，邓青云博士在回家的路上年的一天晚上，邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室里，回去以后，他忽然想起有东西忘记在实验室里，回去以后，他发现黑暗中有个亮的东西。打开灯发现原来是一发现黑暗中有个亮的东西。打开灯发现原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。这是怎么回事？块做实验的有机蓄电池在发光。这是怎么回事？OLED研究就此开始，邓博士由此也被称为研究就此开始，邓博士
19、由此也被称为OLED之父之父。OLED之父之父邓青云邓青云OLED 的历史v1963年年Pope发表了世界上第一篇有关发表了世界上第一篇有关OLED的的文献文献，当时使用数百伏电压，加在有机芳香族，当时使用数百伏电压，加在有机芳香族Anthracene（葸）晶体上时，观察到发光现象（葸）晶体上时，观察到发光现象。但由于电压过高，发光效率低，未得到重视。但由于电压过高，发光效率低，未得到重视。OLED 的历史v1975年年邓青云邓青云（Ching W Tang）于柯达公）于柯达公司司 Rochester实验室实验室发现有机发光二极体材料发现有机发光二极体材料OLED 的历史v1979年年柯达公司
20、的柯达公司的汪根样和汪根样和Steven成功地使成功地使用类似半导体用类似半导体 PN结的双层有机结构结的双层有机结构第一次作出了第一次作出了低电压、高效率的光发射器低电压、高效率的光发射器OLED 的历史v1987年伊士曼柯达公司的年伊士曼柯达公司的邓青云及范斯莱克（邓青云及范斯莱克（Van Slyke）等人发明以真空蒸镀法制成多层式）等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的的结构的的OLED器件器件后，研究开发才活越起来。后，研究开发才活越起来。v同年，英国剑桥大学卡文迪许实验室证明高分子同年，英国剑桥大学卡文迪许实验室证明高分子有机聚合物也有电致发光效应。有机聚合物也有电致发光效应。OLED
21、 的历史v1990年年英国剑桥大学的布洛斯（英国剑桥大学的布洛斯（Burroughes）成功研製出以共轭高分子）成功研製出以共轭高分子PPV为发光层的为发光层的OLED。v不但再次引发第二次研究热潮，更确立了不但再次引发第二次研究热潮，更确立了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位在二十一世纪产业中所占的重要地位OLED国际产品发展史v1998年东北先锋推出第一款OLED产品采用采用OLED显示屏的车载音响显示屏的车载音响OLED国际产品发展史n2000年摩托罗拉推年摩托罗拉推出第一款出第一款OLED手手机机P8767 OLED国际产品发展史n2001年底，铼宝推出了全球第二款OLED手机O
22、LED国际产品发展史 三星公司 2001年10月开发出了15.1英寸小分子动态有源驱动彩色OLED样品OLED国际产品发展史2003年年1月月9日日,索尼展示了索尼展示了24英英寸有机发光显示寸有机发光显示器器。OLED的3个阶段v11997年2001年，OLED的试验阶段。v在这段时期OLED开始逐渐走出实验室，主要应用于汽车音响面板，PDA及手机方面。但产品很有限，产品规格少，均为无源驱动，单色或区域彩色，很大程度上带有试验和试销的性质，2001年OLED的全球销售额仅约为1.5亿美元。OLED的3个阶段v22002年年2005年，年，OLED的成长阶段。的成长阶段。v在这段时期人们开始逐
23、渐接触到更多带有在这段时期人们开始逐渐接触到更多带有OLED的产品，例如车载显示器，的产品，例如车载显示器，PDA，手机，数码相，手机，数码相机，机，DC，头戴显示器等。但主要以，头戴显示器等。但主要以10寸以下的小寸以下的小面板为主，面板为主，10寸以上的面板也开始投入使用。寸以上的面板也开始投入使用。OLED的3个阶段v32005年以后，年以后，OLED开始走向一个成熟化的开始走向一个成熟化的阶段。阶段。相信这种成熟化更会加速，包括技术，市相信这种成熟化更会加速，包括技术，市场，都将在市场的带动下突飞猛进。大尺寸及使场，都将在市场的带动下突飞猛进。大尺寸及使用寿命将成为今后用寿命将成为今后
24、OLED技术的主要突破方向。技术的主要突破方向。OLED的发展前景v OLED是一种极具发展前景的平板显示技术是一种极具发展前景的平板显示技术，它具有十分优异的显示性能，被誉为，它具有十分优异的显示性能，被誉为“梦幻显梦幻显示器示器”，再加上其生产设备投资小，得到了各大，再加上其生产设备投资小，得到了各大显示器厂家的青睐。显示器厂家的青睐。目前目前OLED已处于大规模量产的前夜，可以已处于大规模量产的前夜，可以相信，随着研究的进一步深入，新技术的不断涌相信，随着研究的进一步深入，新技术的不断涌现，现，OLED显示器件必将有一个突破性的发展。显示器件必将有一个突破性的发展。v主要收获主要收获v通
25、过通过对论文撰写和对论文撰写和PPTPPT的制作对我的知识运用能力的制作对我的知识运用能力进行了一次全面的考核。进行了一次全面的考核。v2.2.培养我综合运用所学知识独立地分析问题和解培养我综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后学习和工作打下良好的基决问题的能力，为以后学习和工作打下良好的基础础。v3.3.让我对原本一无所知的领域有了更多的认识和让我对原本一无所知的领域有了更多的认识和了解。了解。完成论文写作的收获完成论文写作的收获4主要参考书：高分子光化学导论基础和应用 吴世康高分子光化学原理及应用李善君 纪才圭海外高分子科学的新进展何天白 胡汉杰主要参考文献：高分子发光材料及器件的研究进展 严兵 胡茂明
