第二章光致發(fā)光和電致發(fā)光的基礎知識

1、1有機電致發(fā)光材料與技術(shù)有機電致發(fā)光材料與技術(shù)授課班級授課班級: 1206211: 1206211授課教師授課教師: : 左青卉左青卉2主要內(nèi)容主要內(nèi)容第二章：光致發(fā)光及電致發(fā)光的基礎知識第二章：光致發(fā)光及電致發(fā)光的基礎知識 基礎光物理基礎光物理1 1 有機電致發(fā)光和有機半導體的基本原理有機電致發(fā)光和有機半導體的基本原理2 23主要知識要點主要知識要點q*基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)與激發(fā)態(tài)q吸收與發(fā)射吸收與發(fā)射q*熒光與磷光熒光與磷光q激基復合物與激基締合物激基復合物與激基締合物q電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移基礎光物理基礎光物理4基態(tài)基態(tài)（groud state）與激發(fā)態(tài)與激發(fā)態(tài)（excited state）q基態(tài)

2、：指分子的穩(wěn)定態(tài)，即能量最低態(tài)?；鶓B(tài)：指分子的穩(wěn)定態(tài)，即能量最低態(tài)。 基態(tài)分子中的電子排布遵從構(gòu)造原理，即能量最低原理、基態(tài)分子中的電子排布遵從構(gòu)造原理，即能量最低原理、Pauli不相容原理、不相容原理、Hund規(guī)則規(guī)則q激發(fā)態(tài)：指分子的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，其能量相對較高。激發(fā)態(tài)：指分子的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，其能量相對較高。 激發(fā)態(tài)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理激發(fā)態(tài)分子中的電子排布不完全遵從構(gòu)造原理基礎光物理基礎光物理5 S0T1 S1 h hS0：基態(tài)：基態(tài)（ground state）S1：第一激發(fā)單重態(tài)：第一激發(fā)單重態(tài)（ the lowest excited singlet state） 自

3、旋方向不變自旋方向不變T1：第一激發(fā)三重態(tài)：第一激發(fā)三重態(tài)（the lowest excited triplet state） 自旋方向改變自旋方向改變圖圖1：電子躍遷過程：電子躍遷過程基礎光物理基礎光物理基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)與激發(fā)態(tài) S06激發(fā)態(tài)與基態(tài)相比激發(fā)態(tài)與基態(tài)相比q構(gòu)型上，鍵級下降，鍵長增加和鍵能減小構(gòu)型上，鍵級下降，鍵長增加和鍵能減小q一般情況下，共軛性不好一般情況下，共軛性不好圖圖2：常見的單重態(tài)和三重態(tài)勢能相對位置：常見的單重態(tài)和三重態(tài)勢能相對位置基礎光物理基礎光物理基態(tài)與激發(fā)態(tài)基態(tài)與激發(fā)態(tài)7吸收吸收（absorption）與發(fā)射與發(fā)射（emission）基礎光物理基礎光物理q吸收

4、：分子的激發(fā)需要吸收一定的能量，吸收能量后，分子就吸收：分子的激發(fā)需要吸收一定的能量，吸收能量后，分子就處于激發(fā)態(tài)處于激發(fā)態(tài)q發(fā)射：通過釋放光子而從高能激發(fā)態(tài)失活到低能基態(tài)的過程，發(fā)射：通過釋放光子而從高能激發(fā)態(tài)失活到低能基態(tài)的過程，是光吸收的逆過程，又稱輻射躍遷是光吸收的逆過程，又稱輻射躍遷q非輻射躍遷：通過熱輻射等其它方式而從高能激發(fā)態(tài)失活到低非輻射躍遷：通過熱輻射等其它方式而從高能激發(fā)態(tài)失活到低能基態(tài)的過程能基態(tài)的過程8熒光熒光（Fluorescence）與磷光與磷光（Phosphorescence）q熒光與磷光產(chǎn)生的光物理過程熒光與磷光產(chǎn)生的光物理過程q激發(fā)態(tài)分子的失能過程激發(fā)態(tài)分子的

5、失能過程q熒光光譜分析和影響熒光的主要因素熒光光譜分析和影響熒光的主要因素q磷光光譜分析和影響磷光的主要因素磷光光譜分析和影響磷光的主要因素基礎光物理基礎光物理9熒光產(chǎn)生的光物理過程熒光產(chǎn)生的光物理過程基礎光物理基礎光物理熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程圖圖3：熒光發(fā)射示意圖：熒光發(fā)射示意圖q 光吸收（光吸收（A）q 振動弛豫（振動弛豫（VR）q 內(nèi)轉(zhuǎn)換（內(nèi)轉(zhuǎn)換（IC）q 熒光發(fā)射（熒光發(fā)射（F） S0 S1 1 2 3 410磷光產(chǎn)生的光物理過程磷光產(chǎn)生的光物理過程圖圖4：磷光發(fā)射示意圖：磷光發(fā)射示意圖 S0 S1T11 2 3 4q 光吸收（光吸收（A）q 振動弛豫（振

6、動弛豫（VR）q 系間竄越（系間竄越（ISC）q 磷光發(fā)射（磷光發(fā)射（P）基礎光物理基礎光物理熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程11熒光和磷光本質(zhì)區(qū)別熒光和磷光本質(zhì)區(qū)別圖圖4：磷光發(fā)射示意圖：磷光發(fā)射示意圖 S0 S1T11 2 3 4基礎光物理基礎光物理熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程熒光和磷光產(chǎn)生的光物理過程圖圖3：熒光發(fā)射示意圖：熒光發(fā)射示意圖 S0 S1 1 2 3 412激發(fā)態(tài)分子的失能過程激發(fā)態(tài)分子的失能過程( (去活化去活化) )q振動弛豫振動弛豫 是指在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子是指在液相或壓力足夠高的氣相中，處于激發(fā)態(tài)的分子因碰撞將能因碰撞將能量以

7、熱的形式量以熱的形式傳遞給周圍的分子，從而從高振動級層失活至低振動傳遞給周圍的分子，從而從高振動級層失活至低振動能級的過程，屬于能級的過程，屬于非輻射躍遷非輻射躍遷過程過程q內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換 是指是指相同多重度的分子相同多重度的分子，如果較高電子能級的低振動能級與較低電，如果較高電子能級的低振動能級與較低電子能級的高振動能級相重疊時，則電子可在重疊的能級之間通過振子能級的高振動能級相重疊時，則電子可在重疊的能級之間通過振動耦合產(chǎn)生動耦合產(chǎn)生無輻射躍遷無輻射躍遷，如，如S2S1和和T2T1的躍遷的躍遷q系間竄越系間竄越 是指是指不同多重態(tài)分子間的無輻射躍遷不同多重態(tài)分子間的無輻射躍遷，例如，例如S1

8、T1的躍遷。通常是的躍遷。通常是電子由電子由S1較低振動能級轉(zhuǎn)移至較低振動能級轉(zhuǎn)移至T1較高振動能級。有時，通過熱激發(fā)較高振動能級。有時，通過熱激發(fā)有可能發(fā)生有可能發(fā)生T1S1，然后由，然后由S1發(fā)生熒光，這是產(chǎn)生延遲熒光的機理發(fā)生熒光，這是產(chǎn)生延遲熒光的機理基礎光物理基礎光物理振動弛豫、內(nèi)轉(zhuǎn)換和系間竄越都屬于非輻射躍遷過程振動弛豫、內(nèi)轉(zhuǎn)換和系間竄越都屬于非輻射躍遷過程13激發(fā)態(tài)分子的失能過程激發(fā)態(tài)分子的失能過程( (去活化去活化) )q外轉(zhuǎn)換外轉(zhuǎn)換 是指受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換使是指受激分子與溶劑或其它溶質(zhì)分子相互作用發(fā)生能量轉(zhuǎn)換使熒光或磷光強度減弱甚至消失的過程，是

9、一個熒光或磷光強度減弱甚至消失的過程，是一個分子間的過程分子間的過程q熒光發(fā)射（輻射躍遷）熒光發(fā)射（輻射躍遷） 是指處于是指處于S1的電子躍遷至基態(tài)的電子躍遷至基態(tài)各振動能級時，得到最大波長為各振動能級時，得到最大波長為的熒光。不論電子開始被激發(fā)至什么高能級，最終將只發(fā)射出波的熒光。不論電子開始被激發(fā)至什么高能級，最終將只發(fā)射出波長為長為的熒光，熒光的產(chǎn)生在的熒光，熒光的產(chǎn)生在10-7 - 10-9s內(nèi)完成內(nèi)完成基礎光物理基礎光物理14熒光淬滅：熒光淬滅：是指熒光物質(zhì)與其它溶劑分子或溶質(zhì)分子相互作是指熒光物質(zhì)與其它溶劑分子或溶質(zhì)分子相互作用引起熒光強度降低的現(xiàn)象，引起熒光淬滅原因有：用引起熒光

10、強度降低的現(xiàn)象，引起熒光淬滅原因有：q碰撞淬滅碰撞淬滅 熒光分子受激后，與淬滅劑分子碰撞而無輻射去活回基態(tài)的過程。熒光分子受激后，與淬滅劑分子碰撞而無輻射去活回基態(tài)的過程。溫度升高，溫度升高，碰撞淬滅效率增加碰撞淬滅效率增加q靜態(tài)淬滅靜態(tài)淬滅 熒光分子與淬滅劑生成非熒光的復合物熒光分子與淬滅劑生成非熒光的復合物。溫度升高，靜態(tài)淬滅效率降低。溫度升高，靜態(tài)淬滅效率降低q三重態(tài)淬滅三重態(tài)淬滅 分子由于系間竄越，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)，轉(zhuǎn)入三重態(tài)的分子在常溫下不分子由于系間竄越，由單重態(tài)躍遷到三重態(tài)，轉(zhuǎn)入三重態(tài)的分子在常溫下不發(fā)光，就是由于它們與其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光淬滅發(fā)光，就是由于它們與

11、其它分子的碰撞中消耗能量而使熒光淬滅q電子轉(zhuǎn)移反應的淬滅電子轉(zhuǎn)移反應的淬滅 某些淬滅劑分子與熒光分子相互作用時，發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應某些淬滅劑分子與熒光分子相互作用時，發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應q熒光物質(zhì)的自淬滅熒光物質(zhì)的自淬滅 在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)分子在產(chǎn)生熒光發(fā)射前與未激發(fā)在濃度較高的熒光物質(zhì)溶液中，單重激發(fā)態(tài)分子在產(chǎn)生熒光發(fā)射前與未激發(fā)的熒光物質(zhì)碰撞而引起的自淬滅的熒光物質(zhì)碰撞而引起的自淬滅基礎光物理基礎光物理激發(fā)態(tài)的失能過程激發(fā)態(tài)的失能過程15返回返回碰撞淬滅碰撞淬滅F0/F和和0 0/隨著淬滅劑濃度的增加而增加，靜態(tài)淬滅隨著淬滅劑濃度的增加而增加，靜態(tài)淬滅0/不隨淬滅劑濃度的

12、變化不隨淬滅劑濃度的變化碰撞淬滅碰撞淬滅F0/F和和0/隨著溫度的增加而增加，靜態(tài)淬滅隨著溫度的增加而增加，靜態(tài)淬滅F0/F和和0/隨著溫度的增加而降低隨著溫度的增加而降低碰撞淬滅與靜態(tài)淬滅的判定依據(jù)碰撞淬滅與靜態(tài)淬滅的判定依據(jù)基礎光物理基礎光物理激發(fā)態(tài)的失能過程激發(fā)態(tài)的失能過程16熒光光譜分析熒光光譜分析基礎光物理基礎光物理熒光光譜分析熒光光譜分析熒光熒光是指基態(tài)分子受到激發(fā)后，躍遷到能量較高的能級，再從是指基態(tài)分子受到激發(fā)后，躍遷到能量較高的能級，再從S1態(tài)態(tài)躍遷到基態(tài)所產(chǎn)生的光輻射躍遷到基態(tài)所產(chǎn)生的光輻射（S1 S0)熒光產(chǎn)生熒光產(chǎn)生必須具備兩個條件：必須具備兩個條件：分子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)

13、的能量差必須與激發(fā)光頻率相適應分子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量差必須與激發(fā)光頻率相適應1.吸收激發(fā)能量之后，分子必須具有一定的熒光量子效率吸收激發(fā)能量之后，分子必須具有一定的熒光量子效率 熒光主要參數(shù)熒光主要參數(shù)：熒光效率：熒光效率(?)、熒光強度、熒光強度(I)、熒光壽命、熒光壽命()、最大發(fā)射波長、最大發(fā)射波長() 熒光壽命熒光壽命：分子熒光從最大亮度：分子熒光從最大亮度I衰減為衰減為I/2所用的時間。所用的時間。 發(fā)光分子數(shù)熒光效率激發(fā)態(tài)分子數(shù)17熒光激發(fā)光譜與發(fā)射光譜熒光激發(fā)光譜與發(fā)射光譜激發(fā)光譜激發(fā)光譜：改變激發(fā)波長，測量在最大發(fā)射波長處熒光強度的變化，激：改變激發(fā)波長，測量在最大發(fā)射波長處

14、熒光強度的變化，激發(fā)波長對熒光強度作圖可得到激發(fā)光譜。發(fā)波長對熒光強度作圖可得到激發(fā)光譜。 發(fā)射光譜發(fā)射光譜：發(fā)射光譜即熒光光譜。以一定波長和強度的激發(fā)光輻照熒光：發(fā)射光譜即熒光光譜。以一定波長和強度的激發(fā)光輻照熒光物質(zhì)，在不同波長處產(chǎn)生不同強度的熒光，熒光強度對其波長作圖可得物質(zhì)，在不同波長處產(chǎn)生不同強度的熒光，熒光強度對其波長作圖可得熒光發(fā)射光譜。不同物質(zhì)具有不同的特征發(fā)射峰，因而使用熒光發(fā)射光熒光發(fā)射光譜。不同物質(zhì)具有不同的特征發(fā)射峰，因而使用熒光發(fā)射光譜可用于鑒別熒光物質(zhì)。譜可用于鑒別熒光物質(zhì)。激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關系激發(fā)光譜與發(fā)射光譜的關系與激發(fā)與激發(fā)(或吸收或吸收)波長相比，發(fā)射波

15、長更長，即產(chǎn)生所謂波長相比，發(fā)射波長更長，即產(chǎn)生所謂Stokes位移。位移。1.熒光光譜形狀與激發(fā)波長無關。熒光光譜形狀與激發(fā)波長無關。基礎光物理基礎光物理熒光光譜分析熒光光譜分析18文獻中化合物的激發(fā)發(fā)射光譜文獻中化合物的激發(fā)發(fā)射光譜19文獻中化合物的吸收和發(fā)射光譜文獻中化合物的吸收和發(fā)射光譜20影響熒光的主要因素影響熒光的主要因素基礎光物理基礎光物理影響熒光的主要因素影響熒光的主要因素q共軛效應共軛效應 共軛效應大，最大激發(fā)峰和最大發(fā)射峰會發(fā)生紅移共軛效應大，最大激發(fā)峰和最大發(fā)射峰會發(fā)生紅移q分子的剛性結(jié)構(gòu)分子的剛性結(jié)構(gòu) 剛性強有利于電子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷產(chǎn)生光輻射剛性強有利于電子從高能

16、態(tài)向低能態(tài)躍遷產(chǎn)生光輻射q取代基效應取代基效應 給電子基團，如給電子基團，如-OH、-OR、-NH2、-NR2等，使熒光增強等，使熒光增強 吸電子基團，如吸電子基團，如-COOH、-NO、-C=O、鹵素等，減弱甚至會猝滅熒光、鹵素等，減弱甚至會猝滅熒光q重原子效應重原子效應 在重原子中，能級之間的交叉現(xiàn)象比較嚴重，因此容易發(fā)生自旋軌道耦在重原子中，能級之間的交叉現(xiàn)象比較嚴重，因此容易發(fā)生自旋軌道耦合，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的概率。如鹵素取代基隨原子序數(shù)合，增加了由單重態(tài)轉(zhuǎn)化為三重態(tài)的概率。如鹵素取代基隨原子序數(shù)的增加而熒光降低。的增加而熒光降低。q溶劑、溫度和溶液溶劑、溫度和溶液pH等對熒

17、光光譜也有影響等對熒光光譜也有影響21磷光光譜分析磷光光譜分析磷光磷光：基態(tài)分子受激后，躍遷到能量較高的能級，再從：基態(tài)分子受激后，躍遷到能量較高的能級，再從T1態(tài)躍遷回基態(tài)態(tài)躍遷回基態(tài)所產(chǎn)生的光輻射所產(chǎn)生的光輻射（T1 S0)磷光主要參數(shù)磷光主要參數(shù)：量子效率、磷光強度、磷光壽命、最大發(fā)射波長：量子效率、磷光強度、磷光壽命、最大發(fā)射波長 磷光強度磷光強度: IP=2.3 I0 P lc = Kc 式中式中IP-磷光強度，磷光強度， P-磷光效率，磷光效率，I0-激發(fā)光的強度，激發(fā)光的強度， -磷光物質(zhì)的摩爾吸收磷光物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)，系數(shù)，l-試樣池的光程，試樣池的光程，c-磷光物質(zhì)的濃度磷

18、光物質(zhì)的濃度 基礎光物理基礎光物理磷光光譜分析磷光光譜分析22磷光光譜分析磷光光譜分析隨著溫度降低，分子熱運動速率減慢，磷光逐漸增強。隨著溫度降低，分子熱運動速率減慢，磷光逐漸增強。低溫磷光低溫磷光：溶劑要求容易提純且在分析波長內(nèi)無強吸收和發(fā)射；低溫下：溶劑要求容易提純且在分析波長內(nèi)無強吸收和發(fā)射；低溫下能形成具有足夠粘度的透明剛性玻璃體，常用的溶劑能形成具有足夠粘度的透明剛性玻璃體，常用的溶劑EPA（乙醇：異戊（乙醇：異戊烷：乙醚烷：乙醚=2:2:5）。低溫磷光的測試在液氮條件下完成。）。低溫磷光的測試在液氮條件下完成。室溫磷光室溫磷光：1974年克服了低溫磷光所受到實驗裝置和溶劑的限制。年

19、克服了低溫磷光所受到實驗裝置和溶劑的限制?；A光物理基礎光物理磷光光譜分析磷光光譜分析23磷光光譜分析磷光光譜分析室溫磷光的主要測試方法室溫磷光的主要測試方法固體基質(zhì)固體基質(zhì)：在室溫下以固體基質(zhì)在室溫下以固體基質(zhì)(如纖維素等如纖維素等)吸附磷光體，可增加吸附磷光體，可增加分子剛性、減少三重態(tài)猝滅等非輻射躍遷，從而提高磷光量子效率。分子剛性、減少三重態(tài)猝滅等非輻射躍遷，從而提高磷光量子效率。重原子效應重原子效應：使用含有重原子的溶劑：使用含有重原子的溶劑(碘乙烷、溴乙烷碘乙烷、溴乙烷)或在磷光物質(zhì)中引或在磷光物質(zhì)中引 入含有重原子的取代基，提高磷光物質(zhì)的磷光強度，稱為重原子效應。前入含有重原子的

20、取代基，提高磷光物質(zhì)的磷光強度，稱為重原子效應。前者為外部重原子效應，后者為內(nèi)部重原子效應。機理是重原子的高核電荷者為外部重原子效應，后者為內(nèi)部重原子效應。機理是重原子的高核電荷使得磷光分子的電子能級交錯，容易引起或增強磷光分子的自旋使得磷光分子的電子能級交錯，容易引起或增強磷光分子的自旋-軌道偶合軌道偶合作用，從而使作用，從而使S1T1的系間竄躍概率增大，進而增大磷光效率。的系間竄躍概率增大，進而增大磷光效率。膠束增穩(wěn)膠束增穩(wěn)：利用表面活性劑在臨界濃度形成膠束，改變磷光體的微環(huán)境、：利用表面活性劑在臨界濃度形成膠束，改變磷光體的微環(huán)境、增加定向約束力，從而減小內(nèi)轉(zhuǎn)換和碰撞等去活化的幾率，提高

21、三重態(tài)增加定向約束力，從而減小內(nèi)轉(zhuǎn)換和碰撞等去活化的幾率，提高三重態(tài)的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。基礎光物理基礎光物理磷光光譜分析磷光光譜分析24文獻中化合物的低溫磷光光譜文獻中化合物的低溫磷光光譜基礎光物理基礎光物理磷光光譜分析磷光光譜分析返回返回25激基復合物和激基締合物激基復合物和激基締合物當兩個分子共同作用發(fā)出一個光子時，我們稱這種雙分子復合體為當兩個分子共同作用發(fā)出一個光子時，我們稱這種雙分子復合體為激基激基復合物復合物；如果兩個分子時相同的，則可以稱之為；如果兩個分子時相同的，則可以稱之為激基締合物激基締合物特特 點點：1. 分子間有一定的比例關系分子間有一定的比例關系 2. 激基復合物在基

22、態(tài)時相互作用較激發(fā)態(tài)要小得多激基復合物在基態(tài)時相互作用較激發(fā)態(tài)要小得多基礎光物理基礎光物理判定依據(jù)判定依據(jù)：1. 在光譜上觀察到一個不同于任何單組元的發(fā)射帶在光譜上觀察到一個不同于任何單組元的發(fā)射帶 2. 發(fā)射帶的強度對樣品濃度有較大的依賴關系發(fā)射帶的強度對樣品濃度有較大的依賴關系26圖圖2.1.15 激基締合物的形成及軌道相互作用示意圖激基締合物的形成及軌道相互作用示意圖基礎光物理基礎光物理激基復合物與激基締合物激基復合物與激基締合物27基礎光物理基礎光物理激基復合物與激基締合物激基復合物與激基締合物28激基復合物的形成也強烈地依賴于至少其中一種物質(zhì)的濃度激基復合物的形成也強烈地依賴于至少其

23、中一種物質(zhì)的濃度 基礎光物理基礎光物理激基復合物與激基締合物激基復合物與激基締合物29如果將兩個熒光發(fā)色團用非共軛的化學鍵連接在一起，當兩個發(fā)色團間如果將兩個熒光發(fā)色團用非共軛的化學鍵連接在一起，當兩個發(fā)色團間距離合適時也可以形成激基復合物距離合適時也可以形成激基復合物(激基締合物激基締合物)，這類物質(zhì)被稱作分子，這類物質(zhì)被稱作分子內(nèi)激基復內(nèi)激基復(締締)合物。合物。 基礎光物理基礎光物理激基復合物與激基締合物激基復合物與激基締合物返回返回30基礎光物理基礎光物理電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移 電荷轉(zhuǎn)移必定有給體（電荷轉(zhuǎn)移必定有給體（D）和受體（）和受體（A）兩部分存在，）兩部分存在， 分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移分子內(nèi)

24、電荷轉(zhuǎn)移是指是指D和和A存在于同一個分子中，如果在存在于同一個分子中，如果在分分子間子間存在合適的結(jié)構(gòu)和能量關系，也可以發(fā)生存在合適的結(jié)構(gòu)和能量關系，也可以發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移過程過程 因此，電荷轉(zhuǎn)移分為因此，電荷轉(zhuǎn)移分為分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移和和分子間電荷轉(zhuǎn)移分子間電荷轉(zhuǎn)移31基礎光物理基礎光物理電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移q分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移32基礎光物理基礎光物理電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移q分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移33基礎光物理基礎光物理電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移q分子間電荷轉(zhuǎn)移分子間電荷轉(zhuǎn)移 與激基復合物類似，主要與給體的與激基復合物類似，主要與給體的電離能大小電離能大小和和溶劑極性溶劑極性有關有

25、關34q熒光與磷光產(chǎn)生的光物理過程熒光與磷光產(chǎn)生的光物理過程q影響熒光的主要因素影響熒光的主要因素q了解熒光光譜與磷光光譜分析了解熒光光譜與磷光光譜分析本小節(jié)重點知識回顧本小節(jié)重點知識回顧基礎光物理基礎光物理35主要知識要點主要知識要點有機電致發(fā)光和有機半導體的基本原理有機電致發(fā)光和有機半導體的基本原理q無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子q有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子q直流注入式有機電致發(fā)光直流注入式有機電致發(fā)光q能量傳遞機理能量傳遞機理36無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子典型的無機晶體半導體的結(jié)構(gòu)典型的無機晶體半導體的結(jié)構(gòu)37無機半導體的能帶

26、和載流子無機半導體的能帶和載流子電子共有化運動電子共有化運動38無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶模型無機半導體的能帶模型價帶價帶導帶導帶禁帶禁帶價帶價帶導帶導帶禁帶禁帶39無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子導體、半導體和絕緣體的能帶模型導體、半導體和絕緣體的能帶模型半滿帶半滿帶滿帶滿帶禁帶禁帶價帶價帶導帶導帶禁帶禁帶禁帶寬度禁帶寬度導體導體半導體半導體絕緣體絕緣體價帶價帶導帶導帶禁帶禁帶價帶價帶禁帶禁帶導帶導帶t0Kt=0K40無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子無機半導體的載流子無機半導體的載流子電子電子（electron）和空穴和空

27、穴（hole)價帶價帶導帶導帶導帶導帶價帶價帶41無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子 本征半導體本征半導體 熱平衡時，本征半導體內(nèi)的兩種載流子熱平衡時，本征半導體內(nèi)的兩種載流子電子和空穴濃電子和空穴濃 度相同，如全部由度相同，如全部由Si原子組成的半導體原子組成的半導體價帶價帶導帶導帶禁帶禁帶t=0K禁帶禁帶導帶導帶t0K價帶價帶42無機半導體的能帶和載流子無機半導體的能帶和載流子無機半導體的雜質(zhì)無機半導體的雜質(zhì)q施主雜質(zhì)（施主雜質(zhì)（N型雜質(zhì)）型雜質(zhì)） 能夠施放電子而產(chǎn)生導電電子形成正電中心能夠施放電子而產(chǎn)生導電電子形成正電中心qN型半導體型半導體 施主的摻入會導致導帶電子的增加

28、，增加導電能力，主要靠導施主的摻入會導致導帶電子的增加，增加導電能力，主要靠導帶電子導電的半導體帶電子導電的半導體q受主雜質(zhì)（受主雜質(zhì)（P型雜質(zhì)）型雜質(zhì)） 能夠接受電子而產(chǎn)生導電空穴，并形成負電中心能夠接受電子而產(chǎn)生導電空穴，并形成負電中心qP型半導體型半導體 主要通過空穴導電的半導體主要通過空穴導電的半導體返回返回43有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子量子力學相關概念量子力學相關概念q原子軌道原子軌道 原子中每個電子的運動狀態(tài)都可以用一個單電子的波函數(shù)原子中每個電子的運動狀態(tài)都可以用一個單電子的波函數(shù)?描述描述q電子云電子云 電子具有波粒二象性，不可能把一個電子的位置和能量同時

29、準確的確定，電子具有波粒二象性，不可能把一個電子的位置和能量同時準確的確定，只能知道電子在某一位置出現(xiàn)的概率?？梢园央娮涌醋魇且粓F帶負電荷的只能知道電子在某一位置出現(xiàn)的概率。可以把電子看作是一團帶負電荷的“云云”。在高概率區(qū)云層較厚，低概率區(qū)域云層較薄，用。在高概率區(qū)云層較厚，低概率區(qū)域云層較薄，用?2描述描述yyyxz1s軌道軌道2s軌道軌道2px軌道軌道2py軌道軌道2pz軌道軌道xzxz44有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子q價鍵理論價鍵理論 (1) 如果兩個原子各有一個未成對電子且自旋反平行，就可耦合配對，如果兩個原子各有一個未成對電子且自旋反平行，就可耦合配對，成為一個

30、共價鍵成為一個共價鍵 (2) 如果一個原子的未成對電子已經(jīng)配對，就不再能與其它原子的未成如果一個原子的未成對電子已經(jīng)配對，就不再能與其它原子的未成對電子配對，這就是對電子配對，這就是共價鍵的飽和性共價鍵的飽和性 (3) 電子云重疊越多，形成的鍵愈強，即共價鍵的鍵能與原子軌道重疊電子云重疊越多，形成的鍵愈強，即共價鍵的鍵能與原子軌道重疊程度成正比，這就是程度成正比，這就是共價鍵的方向性共價鍵的方向性 (4) 能量相近的原子軌道可進行雜化，組成能量相近的雜化軌道能量相近的原子軌道可進行雜化，組成能量相近的雜化軌道量子力學相關概念量子力學相關概念yxxxy（i）1s軌道與軌道與2px軌道最大重疊軌道

31、最大重疊（ii）不是最大重疊）不是最大重疊C:（1s22s22p2)2s2psp3雜化雜化sp3思考：思考：BeCl2和和BF3分子中分子中Be原子原子和和B原子的分別是原子的分別是什么雜化類型？什么雜化類型？45有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子q分子軌道理論分子軌道理論 (1) 單電子近似：在分子體系中，任何一個電子都是運動在核勢場和其單電子近似：在分子體系中，任何一個電子都是運動在核勢場和其它電子的平均勢場中，其運動狀態(tài)可以用一個單電子波函數(shù)描述，這個它電子的平均勢場中，其運動狀態(tài)可以用一個單電子波函數(shù)描述，這個單電子空間運動的狀態(tài)函數(shù)叫單電子空間運動的狀態(tài)函數(shù)叫分子軌道分

32、子軌道 (2) 取原子軌道的線性組合表示分子軌道，其組合系數(shù)用變分法確定。取原子軌道的線性組合表示分子軌道，其組合系數(shù)用變分法確定。N個原子軌道線性組合得到個原子軌道線性組合得到N個分子軌道，一半是個分子軌道，一半是成鍵軌道成鍵軌道，一半是，一半是反鍵反鍵軌道軌道，當，當N是奇數(shù)時，可能有是奇數(shù)時，可能有非鍵軌道非鍵軌道 (3) 原子軌道組成分子軌道還必須具備原子軌道組成分子軌道還必須具備能量相近能量相近、電子云最大重疊電子云最大重疊和和對對稱性稱性相同三個條件相同三個條件量子力學相關概念量子力學相關概念?1?21=?1+ ?22=?1- ?2成鍵軌道成鍵軌道反鍵軌道反鍵軌道原子軌道原子軌道分

33、子軌道分子軌道原子軌道原子軌道氫分子基態(tài)的電子排布氫分子基態(tài)的電子排布12py-pys-py12思考：思考：He2是是否存在呢？否存在呢？46有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子有機材料的能帶模型有機材料的能帶模型q最高占有分子軌道（最高占有分子軌道（HOMO-High Occupied Molecule Orbit) 能量最低電子占有的分子軌道能量最低電子占有的分子軌道q最低未占有分子軌道最低未占有分子軌道(LUMO-Low Unoccupied Molecule Orbit) 能量最高電子未占有的分子軌道能量最高電子未占有的分子軌道LUMO有機分子的有機分子的HOMO和和LUM

34、O基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)HOMO47有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子有機材料的能帶模型有機材料的能帶模型LUMOHOMO 在有機分子組成的固體中存在著兩種載流子在有機分子組成的固體中存在著兩種載流子電子和空穴，電子和空穴， 有機分子中載流子參與導電的本質(zhì)有機分子中載流子參與導電的本質(zhì)電子在電子在LUMO軌道和空軌道和空穴在穴在HOMO軌道的跳躍（軌道的跳躍（hopping）過程）過程 48有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子摻雜有機半導體摻雜有機半導體qN型有機半導體型有機半導體 摻雜給體材料到主體材料中，主要通過電子導電的有機材料摻雜給體材料到主體材料中，主要通過電

35、子導電的有機材料qP型有機半導體型有機半導體 摻雜受體材料到主體材料中，主要通過空穴導電的有機材料摻雜受體材料到主體材料中，主要通過空穴導電的有機材料N型有機半導體型有機半導體P型有機半導體型有機半導體49有機材料中的能帶和載流子有機材料中的能帶和載流子無機半導體和有機半導體比較無機半導體和有機半導體比較無機半導體無機半導體有機半導體有機半導體固體中分子間作用力固體中分子間作用力強的周期勢場作用力強的周期勢場作用力弱的范德華力弱的范德華力電子運動狀態(tài)電子運動狀態(tài)共有化運動共有化運動局限在某個分子上局限在某個分子上能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu)t=0K，充滿電子的價帶，充滿電子的價帶和空的導帶；和空的導帶；基

36、態(tài)，充滿電子的基態(tài)，充滿電子的HOMO和空的和空的LUMOt0K，未充滿電子的價，未充滿電子的價帶和導帶；帶和導帶；激發(fā)態(tài)，未充滿電子的激發(fā)態(tài)，未充滿電子的HOMO和和LUMO載流子載流子電子和空穴電子和空穴電子和空穴電子和空穴返回返回50直流注入式有機電致發(fā)光直流注入式有機電致發(fā)光q直流注入式有機電致發(fā)光直流注入式有機電致發(fā)光 指在有機電致發(fā)光器件的兩端電極上加上直流電源，通電指在有機電致發(fā)光器件的兩端電極上加上直流電源，通電后發(fā)光器件受電激發(fā)的作用而發(fā)光的現(xiàn)象后發(fā)光器件受電激發(fā)的作用而發(fā)光的現(xiàn)象ITONPB (40 nm)CBP: x wt%10 (30nm)BCP (10 nm)Alq (30 nm)LiF (08 nm)