发光材料—有机光致发光材料
大学生思想政治教育-
发光材料—有机光致发光材料
王梦娟
材料化学
09-1
一
:
什么是发光
发光是
一种物体把吸收的能量
,
不经过热的阶段
,
直接转换为特征辐射的现象。
1
、当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质
将处于激发态，
激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量
是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2
、发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，这种
发射过
程具有一定的持续时间。
其中能够实现上述过程的物质叫做发光材料。
二
:
发光的类型
发光材料的发光方式是多种多样的，
< br>主要类型有：
光致发光、
阴极射线发光、
电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。其中光致发光又可以分为有机光
致发光、无机光致发光等。
三
:
有机光致发光
1
、有机发光材料的发光原理
有机物的发光是分子从激发态回到基态产生的辐射跃迁现象。
获得有机分
子发光的途径很多
,
光致发光中大多数有机物具有偶数电子
,
基态
时电子成对的
存在于各分子轨道。
根
据泡林不相容原理
,
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
< br>,
这个分子所处的电子能态称为单重态
(
2
S
+
1
=
0
)
.
当分子中的一个电子吸收光能量被激发时
,
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
。
三重态的能量常
常较单重态低
< br>.
当有机分子在光能
(
光子
)
激发下被激发到激发单重态
(S
)
,
经振
动能级驰豫到最低激发单重态
(S
1
) ,
最后由
S
1
回到基态
S
0
,
此时产生荧光
,
或者经由最低激发三重态
( T
1
) , ( S
1 -
T
1
) ,
最后产生
T
1 -
S
0
的电子跃
迁
,
此时辐射出磷光。
2
、有机发光材料的分类
有机发光材料可分为：
(1)
有机小分子发光材料；
(2)
有机高分子发光材料；
(3)
有机配
合物发光材料。
这些发光材料无论在发光机理、
物理化学性能上
，
还
是在应用上都有各自的特点。
<
/p>
有机小分子发光材料种类繁多，
它们多带有共轭杂环及各种生色团
，
结构易于
调整，
通过引入烯键、
苯环等不饱和基团及各种生色团来改变其共轭长度，
从而
使化合物光电性质发生变化。
如恶二唑及其衍生物类，
三唑及其衍生物类，
罗丹
明及其衍生物类，香豆素类衍生物
，
1,8-
萘酰亚胺类衍生物，吡唑啉衍生物，三
苯胺类衍生物，卟啉类化合物，咔唑、吡嗪、噻唑类衍生物，苝类衍生物等。它
们广泛应用于光学电子器件、
DNA
诊断、光化学传感器、染
料、荧光增白剂、荧
光涂料、
激光染料
[7]
、
有机电致发光器件
(ELD)
等方面。
但是小分子发光材料在
固态下
易发生荧光猝灭现象，
一般掺杂方法制成的器件又容易聚集结晶，
器件寿
命下降。
因此众多的科研工作者一方面致力于小分子的
研究，
另一方面寻找性能
更好的发光材料，高分子发光材料就应
运而生了。
有机高分子光学材料通常分为三类：
(1)
< br>侧链型：
小分子发光基团挂接在高
分子侧链上，
(2)
全共轭主链型：
整个分子均为一个大的
共轭高分子体系，
(3)
部
分共轭主
链型：
发光中心在主链上，
但发光中心之间相互隔开没有形成一
个共轭
体系。
目前所研究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。
还可以把发光基团引
入聚合物末端或引入聚合物链中间，
Kenneth P.
Ghiggino
等把荧光发色团引入
RAFT
试剂，
通过
RAFT <
/p>
聚合，
把荧光发色团连在
聚合物上。
从以上的各种发光聚合物中可以看出，
多数是主链共轭的聚合，
主链
聚合易形成大的共轭面积，但是其溶解性、熔融性都降低，加工
起来比较困难；
而把发光基团引入聚合物末端或引入聚合物链中间时，
< br>又只有端基发光，
分子量
不会很大，若分子量很大，则发
光基团在聚合物中含量低，荧光很弱。而侧链聚
合物发光材料，是对主链共轭聚合物的有
力补充。
3
、发光与结构的关系
有机化合物能否发光以及发光波长、
发光效率如何
< br>,
主要取决于其化学结构
.
荧
光通常发生在具有刚性平面和
π
电子共轭体系的分子中
.
所以发光有机物往往
具有以下结构特征
:
（
1
）具有大的
π
键结构。
共轭体系越大
,
离域电子越容易被激发
,
相应地
,
荧光较易产生。一般来说<
/p>
,
芳香体系越大
,
其荧光峰越向长波方向移动
,
而且荧光
强度往往加强。
对于同样共轭环数的芳香族化合物
,
线性分子的荧光波长比非线
性分子的荧光波长
要长。
例如
,
蒽的荧光发射波就比菲的要长。
(2)
刚性平面结构。
大量的研究发现
,
具有较为刚性平面结构的化合物有
着
较好的荧光性能
,
这主要是由于振动
耗散引起的内转换几率减小的结果
.
例如
,
偶氮苯是一个不发荧光的有机物
,
而杂氮菲分子发荧光
,
这是因为后者可以看作
是偶氮苯分子被一个碳碳双键所固定的结果
.
类似的
例子还很多
,
在设计功能分
子时可以考
虑在分子中引入这样的化学键或者空间位阻以减少激发态能量的振
动耗散
,
从而有利于荧光的产生。
(3)
取代基中有较多的给电子基团。
一般来说
,
化合物的共轭体系上如果具
有强的给电子基团
,
如
: - NH2 , - OH, - OR
等
,<
/p>
可以在一定程度上加强化合物
的荧光
,<
/p>
因为含这类基团的荧光体
,
其激发态常由
环外的羟基或氨基上的电子激
发转移到环上而产生的。
由于它们电子的电子云几乎与芳环上的轨道平行
,
实际
上它们共享了共轭电子结构
,
同时扩大了其共轭双键体系。
所以这类化合物的吸
收光与发射光的波长都比未被取代的芳族化合物的波长长
,
其荧光效率增加。
4
、有机发光材料的应用
（
1
）：光刻胶
光刻胶是集成电路制造过程中的一种关键材料，
其性能直接影响到电路的集
成度，
也影响到微电子
产品最终性能的优劣。
长期以来，
由于受技术及相关支撑
条件落后等因素的制约，
我国微电子技术配套专用光刻胶等关键基础材
料的研发
及生产一直在低水平徘徊，
包括分立器件、
液晶显示器件和超大规模集成电路在
内的微电子技术制造所需的光刻胶一直
依赖进口，
直接影响到我国微电子技术的
发展。
为改变这种不利局面，
形成我国在此方面的知识产权，
国家相关部委自
“十
五”
开始将光刻胶
等微电子技术配套用关键材料列入了重点发展计划中，
并给予
了
大力的支持。
2009
年<
/p>
5
月，由北京科华微电子材料有限公司投资建设的我国第一条百吨
级
高档光刻胶生产线在北京市顺义区建成并投产，
这标志着我国
开始拥有了自己的