shs20-25型鍋爐高硫無煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計和oled技術畢業(yè)設計

前言今天，大氣污染已經(jīng)變成了一個全球性的問題，主要有溫室效應、臭氧層破壞和酸雨。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源的消耗量逐步上升，大氣污染物的排放量相應增加。而就我國的經(jīng)濟和技術發(fā)展就我國的經(jīng)濟和技術發(fā)展水平及能源的結構來看，以煤炭為主要能源的狀況在今后相當長時間內不會有根本性的改變。我國的大氣污染仍將以煤煙型污染為主。因此，控制燃煤煙氣污染是我國改善大氣質量、減少酸雨和二氧化硫危害的關鍵問題。我國隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，因燃煤排放的二氧化硫、顆粒物等有毒有害的污染物質急劇增多?？諝馕廴疽悦簾熜蜑橹?，主要污染物是二氧化硫和煙塵。據(jù)統(tǒng)計，1990年全國煤炭消耗量10.52億噸，到1995年煤炭消耗量增至12.8億噸，二氧化硫排放量達2232萬噸。超過歐洲和美國，居世界首位。由于我國部分地區(qū)燃用高硫煤，燃煤設備未能采取脫硫措施，致使二氧化硫排放量不斷增加，造成嚴重的環(huán)境污染。如不嚴格控制，到2010年我國煤炭消耗量增長到15億噸時，二氧化硫排放量將達2730萬噸[3]。因而已經(jīng)到了我們不得不面對的時候，我們這里我們將用科學的態(tài)度去面對去防治。1設計任務1.設計題目SHS20-25型鍋爐高硫無煙煤煙氣袋式除塵濕式脫硫系統(tǒng)設計2.設計原始資料鍋爐型號：SHS20-25即，雙鍋筒橫置式室燃爐（煤粉爐），蒸發(fā)量20t/h，出口蒸汽壓力25MPa設計耗煤量：2.4t/h設計煤成分：CY=72%HY=6%OY=4%NY=1%SY=3%AY=10%WY=4%；VY＝8％屬于高硫無煙煤 排煙溫度：160℃空氣過剩系數(shù)＝1.25飛灰率＝29％ 煙氣在鍋爐出口前阻力800Pa污染物排放按照鍋爐大氣污染物排放標準中2類區(qū)新建排污項目執(zhí)行。連接鍋爐、凈化設備及煙囪等凈化系統(tǒng)的管道假設長度150m，90°彎頭20個。3.設計內容及要求（1）根據(jù)燃煤的原始數(shù)據(jù)計算鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣量，煙塵和二氧化硫濃度。 （2）凈化系統(tǒng)設計方案的分析，包括凈化設備的工作原理及特點；運行參數(shù)的選擇與設計；凈化效率的影響因素等。 （3）除塵設備結構設計計算（4）脫硫設備結構設計計算（5）煙囪設計計算（6）管道系統(tǒng)設計，阻力計算，風機電機的選擇（7）根據(jù)計算結果繪制設計圖，系統(tǒng)圖要標出設備、管件編號、并附明細表；除塵系統(tǒng)、脫硫設備平面、剖面布置圖若干張，以解釋清楚為宜，最少4張A4圖，并包括系統(tǒng)流程圖一張。2燃料計算2.1煙氣量的計算表1-11Kg煤燃燒為基礎的煙氣量計算表成分質量/g摩爾數(shù)/mol需氧量/mol生成物/molC720606060H60601530O402.5-1.25--S300.93750.93750.9375N100.714W402.222--2.222A100V801.標準狀態(tài)下的理論需氧量:=60+15-1.25+0.9375=74.68752.理論煙氣量：=60+30+0.9375+2.22+74.67853.76=373.98453.理論空氣量：4.實際煙氣量:=5.標態(tài)下總煙氣量為：設計耗煤量6.工況下煙氣量為：2.2煙氣濃度的計算標準狀態(tài)下的煙氣含塵濃度(m3/㎏)式中：—排煙中飛灰占煤中不可燃成分的質量分數(shù)；—煤中不可燃成分的含量；—標準狀態(tài)下實際煙氣量，m3/kg。所以2.3二氧化碳濃度的計算SO2濃度：(㎎/m3)式中：—煤中硫的質量分數(shù)—標準狀態(tài)下燃煤產(chǎn)生的實際煙氣量m3/㎏。故3除塵器的選擇及計算3.1除塵器的效率及影響因素3.1.1除塵器的效率根據(jù)工況下煙氣量、煙氣溫度及要求達到的除塵效率來確定除塵器（袋式除塵器）式中：—標準狀態(tài)下鍋爐煙塵排放標準中的規(guī)定值；—標準狀態(tài)下煙氣的含塵濃度。所以除塵效率：3.1.2影響因素濾料及除塵濾袋濾料（袋）是袋式除塵器的核心部件，“核心”主要體現(xiàn)在幾個方面：一是費用比例高：對高溫煙氣袋式除塵器而言，濾料的費用約占全部投資的三分之一左右；二是作用重要：排放濃度的達標和除塵器阻力、壽命等重要指標的優(yōu)劣都要靠濾料（袋）的性能來實現(xiàn)；三是故障率高，而且大多數(shù)除塵器的故障最終都表現(xiàn)在濾料上。因此除塵濾袋的選擇和應用技術就尤為重要。關于濾料的技術包括：濾料配方（各成分配比）、纖維制造、濾料結構、加工工藝、后處理工藝、濾袋縫制工藝、濾料選擇和使用等幾個方面。作為從事除塵工藝或設備設計的技術人員，雖然不需要掌握濾料全部知識，但對其做比較詳細的了解是非常必要的，特別是各種濾料的使用條件和適用范圍等重要性能指標及其隨著使用時間的變化、濾料失效形式及原因等的熟悉程度，從某種程度上決定著除塵項目的成敗。清灰技術清灰系統(tǒng)可以比作人的“消化器官”，其重要性不言而喻。從技術的成熟度和應用的廣泛性上看，脈沖清灰是清灰技術的主流和趨勢，這類除塵器又分為兩大基本類型：固定行噴吹和回轉噴吹，國外燃煤電廠80%以上應用的是固定行噴吹技術。清灰技術的研究主要是解決清灰系統(tǒng)的操作參數(shù)和結構參數(shù)的設計問題。對固定行噴吹袋式除塵器而言，主要是確定以下參數(shù)：1.結構參數(shù)：電磁脈沖閥類型和規(guī)格、氣包規(guī)格、噴吹管、噴吹管上噴孔規(guī)格、噴孔到袋口的距離等。2.操作參數(shù)：電脈沖寬度、清灰壓力（氣包內壓力）、脈沖間隔等。其中結構參數(shù)是在設計階段就確定下來的；操作參數(shù)是在調試階段進行整定的，而且隨著除塵器運行時間的變化，會對操作參數(shù)進行調整，以適應不斷變化的工況條件。3.2除塵器形式的選擇袋式除塵器是使含塵氣體通過濾袋濾去其中離子的分離捕集裝置，是過濾式袋式除塵器中一種，其結構形式多種多樣，按不同特點可分為圓筒形和扁形；上進氣和下進氣，內濾式和外濾式，密閉式和敞開式；簡易，機械振動，逆氣流反吹，氣環(huán)反吹，脈沖噴吹與聯(lián)合清灰等不同種類,其性能比較如下表：表3—1除塵種類的性能比較除塵種類除塵效率%凈化程度特點簡易袋式30中凈化機械振動袋式90中凈化要求濾料薄而光滑，質地柔軟，再過濾面上生成足夠的振動力。脈沖噴吹袋式99細凈化清灰方式作用強度很大，而且其強度和頻率都可以調節(jié)，清灰效果好氣環(huán)式袋式99細凈化適用高濕度、高濃度的含塵氣體，造價較低，氣環(huán)箱上下移動時緊貼濾袋，使濾袋磨損加快，故障率較高通過比較最終決定選用袋式除塵器，由于本設計處理煙氣量較大及不同型式的袋式除塵器的優(yōu)缺點，最終決定選用脈沖噴袋式除塵器。并采用下進氣的方式。3.3脈沖袋式除塵器的工作原理脈沖袋式除塵器是一種周期性的向濾袋內或濾袋外噴吹壓縮空氣來達到清除濾袋積塵的除塵裝置。具有除塵效率高、處理能力大等優(yōu)點，是一種新型高效除塵器[1]。脈沖袋式除塵器主要有上體箱、中體箱、下體箱和控制器等組成。含塵氣體由進口進入裝有若干濾袋的的中部箱體，由外向里經(jīng)過濾袋，使氣體得到凈化，粉塵被阻隔在濾袋表面箱體，由排氣口排出。待經(jīng)過一定的過濾周期，進行脈沖噴吹清灰。每排濾袋上都裝有一根噴吹射管，經(jīng)脈沖閥與壓縮空氣氣包相連，噴射管上的噴射孔與每條濾袋相對應。有控制器定期發(fā)出脈沖信號，通過控制閥使各脈沖閥順序開啟，。此時與該脈沖閥相連的噴射管與氣包相連，高壓空氣以極高速度從噴射孔噴出，在高速氣流周圍形成一個比噴沖氣流打5~7倍的誘導氣流，一起經(jīng)過文氏管進入濾袋，使濾袋急劇膨脹，引起沖擊振動，同時產(chǎn)生瞬間反向氣流，將附著在濾袋外邊面上的粉塵吹掃下來，落入灰斗，并經(jīng)排灰閥排出。各濾袋依次輪流得到清灰[2]。3.4濾料的選擇濾料是組成袋式除塵器的核心部分，其性能對袋式除塵器操作有很大的影響。選擇濾料時應考慮含塵氣體的特征，如顆粒和氣體的性質。濾料特性除與纖維本身的性質有關外，還與濾料表面結構有關。袋式除塵器的濾料種類較多，按濾料材質分，有天然纖維、無機纖維和合成纖維等；按濾料結構分，有濾布和毛氈兩類。由于該設計中含塵氣體是鍋爐煙氣，出口溫度為160℃，溫度在410K~530K之間，通過參考各種相關資料和綜合分析，最終選擇了玻璃纖維作為濾料[1]。。3.5除塵器的尺寸設計3.5.1過濾面積的計算—過濾面積，；—處理流量，m3/h；—濾料過濾速度，取2m/min。即過濾面積為：取A=330m23.5.2確定濾袋的數(shù)量取濾袋直徑D=200mm，高L=4.0m。則單條濾袋的面積為：。濾袋的數(shù)量：為了計算簡便，可取。將除塵器分為4個工作室，每個工作室濾袋采用5×6長方形排列。設同組濾袋之間近距離為50mm，組與組之間以及濾袋與外殼之間的距離為600mm，從而可得每個工作室的橫截面尺寸為2650×2400?？稍O灰斗高度為3000mm。灰斗底部出口為距地面為1000mm。4脫硫設備結構設計計算4.1濕式石灰法脫硫工藝濕式石灰/石灰石法脫硫最早由英國皇家化學工業(yè)有限公司在20世紀30年代提出，目前是應用最廣泛的脫硫技術。在現(xiàn)代的煙氣脫硫工藝中，煙氣用含亞硝酸鈣和硫酸鹽的石灰石和石灰漿液洗滌，SO2與漿液中的堿性物質發(fā)生化學反應生成亞硫酸鹽和硫酸鹽，新鮮的石灰石和石灰漿液不斷地加入脫硫液的循環(huán)回路[1]。濕法煙氣脫硫過程是氣液反應，其脫硫反應速率快，脫硫效率高，鈣利用率高，在鈣硫比為1時，可達90％以上的脫硫效率，主要適合用于大型燃煤電站鍋爐的煙氣脫硫。濕式石灰/石灰石法脫硫是用石灰石和石灰漿液吸收煙氣中的SO2，分為吸收和氧化兩個階段。先吸收生成亞硫酸鈣，然后將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣即石膏[2]。4.2運行參數(shù)的選擇和設計運行PH值>9；煙氣流速：1～5m/s,本設計取3m/s；石灰/石灰石漿質量濃度：10%~15%；除霧器殘余水分<100mg/m3；液氣比：8～25L/m3,本設計取16.6L/m3；氣液反應時間：3～5s；噴嘴出口流速10m/s；一般噴淋層3～6層，噴淋交叉覆蓋率200％～300％；再熱煙氣溫度>75℃；脫硫石膏含水率40％～60％；脫硫系統(tǒng)阻力：2500～3000pa4.3石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術主要特點主要設備有：吸收塔、循環(huán)泵、除霧器和再熱器[1]。優(yōu)點：技術成熟；脫硫效率高，可達95%以上；煙氣處理量大；煤種適應性強，對高硫煤優(yōu)勢突出；吸收劑利用率高；缺點：設備腐蝕；易于結垢、堵塞；投資費用高；占地面積大，耗水量相對較大，有少量污水排放。4.4石灰石的消耗量4.4.1二氧化硫物質的量：式中：—SO2物質的量，mol/h；—原煙氣中SO2含量，mg/m3；—脫硫效率，取94％；—SO2的分子量。即。4.4.2石灰石的消耗量可由下式計算：式中：—鈣硫比，取1.03；—石灰石純度，92％；M—碳酸鈣分子量。則4.4噴淋塔內的煙氣流量假設煙氣經(jīng)過再熱器后在噴淋塔內平均溫度為75℃，則噴淋塔內煙氣流量為：式中：—噴淋塔內煙氣流量，m3/h；—標況下煙氣流量，m3/h； P—塔內壓力，KPa；t—塔內溫度℃。故4.5吸收漿液量氣液比一般在~25，取氣液比L/G為10，則供應吸收漿液量為：=。4.6噴淋塔徑的計算本設計中選擇噴淋塔內煙氣流速v=3m/s，則噴淋塔直徑D0為：m式中：—工況下氣體的體積流量，；—噴淋塔內的煙氣流速，。則4.7噴淋塔高度計算4.7.1吸收區(qū)高度入口煙道到第一層噴淋層的距離為3米，選擇噴淋塔噴氣液反應時間t=3s，則噴淋塔的吸收區(qū)高度為：m設4層批噴淋層，層間距為2米。4.7.2除霧區(qū)高度除霧器上下各設有沖洗噴嘴。最下層沖洗噴嘴距最上層噴淋層3m，除霧器到吸收塔的出口距離為1米，則除霧區(qū)的總高度為H2=4米。4.7.3漿池高度漿池容量按液氣比漿液停留時間t1確定式中：—漿池的容量，；—漿液量；；—漿液停留時間，s；一般t1為4min~8min，本設計中選擇4min，則漿池容量為：。選取的漿池直徑D0為3.0m，然后再根據(jù)V1計算漿池高度：式中：h0—漿池高度，m；V—漿池容積，m3；D0—漿池直徑，m；則漿池的高度：取6.7米。4.7.4噴淋塔總高度噴淋塔由吸收區(qū)、除霧區(qū)、漿池和煙氣進出口高度四部分組成，則噴淋塔高度為：。5煙囪的設計5.1煙氣熱釋放率的計算式中：—煙氣熱釋放率，KW；—大氣壓力，1013.25hpa；—煙氣出口溫度，（273+120）K；—環(huán)境大氣溫度，（273+20）K。所以有。5.2煙氣抬升高度的計算具有一定速度的熱煙氣從煙囪出口排除后由于具有一定的初始動量,且溫度高于周圍氣溫而產(chǎn)生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。這相對增加了煙囪的幾何高度。由于<1700kw，所以Δ式中：ΔH—煙氣抬升高度，m；—煙氣出口速度，m/s；—煙囪的內徑，m；—環(huán)境的平均風速，取4m/s。則有△。5.3煙囪的有效高度設脫硫效率為94％，則可得排放煙氣中的SO2的濃度：—煙囪的有效高度，m；—源強，mg/s；—國家標準最大落地濃度，二級，0.15mg/m3；—環(huán)境本地濃度，0.075mg/m3；—環(huán)境平均風速，4m/s；—取0.8。則。取煙囪的幾何高度為Hs=40m。5.4煙囪的內徑計算煙囪的出口內徑可按下式計算：—煙囪的出口內徑，m；—通過煙囪的煙氣流量，m3/h；—煙氣流速，取10m/s。則。取d=1.2m。煙囪的底部內徑：。（i為煙囪的錐度，取0.02）5.5校核數(shù)據(jù)5.5.1計算凈煙氣中的SO2濃脫硫效率為94％，則可得排放煙氣中的SO2的濃度：，達到排放標準。5.5.2SO2的排放速率SO2的排放速率：。符合標準。5.5.3地面最大濃度SO2地面最大濃度可按下式計算：式中：—地面最大濃度，mg/m3；—SO2排放濃度，g/s；—環(huán)境風速，4m/s；—取值0.8。則SO2的地面最大濃度為：查《環(huán)境空氣質量標準》，二級標準的時平均值SO2濃度為0.15mg/m3。取當?shù)氐谋镜貪舛葹?.075mg/m3,則+0.075=0.141mg/m3<0.15mg/m3，符合標準。5.5煙囪的阻力式中：—煙囪的阻力，Pa；—煙囪的平均直徑，m；—煙囪幾何高度,m；—煙氣密度，0.9kg/m3；—煙囪內流體流速，m/s；—摩擦阻力系數(shù)。煙囪采用磚砌管，其摩擦阻力系數(shù)為0.04，則煙囪阻力為：6管道系統(tǒng)的設計6.1管道布置原則根據(jù)鍋爐運行情況和鍋爐的實際情況確定各裝置的位置。一旦去確定了各裝置的位置，管道的布置也就基本確定了。對各裝置及管道的布置應力求簡單、緊湊、管路短、占地面積少，并使安裝、操作和檢修方便。6.2管徑的確定管徑由下式確定:式中:—管道內煙氣流量，m3/s；—管道內煙氣流速，取15m/s。則管徑為：，選取規(guī)格為?1000mm×1mm的鋼板制風管，其內徑為：1000—2×1=998mm。管內的實際流速為：。6.3摩擦阻力損失管道為金屬圓管，可按下式計算：式中：—管道長度，m/s；—管道的直徑，m；—管道中煙氣的實際流速，m/s；—金屬管道的摩擦阻力系數(shù)，取0.02；—煙氣的密度，0.9kg/m3。于是，。6.4局部阻力損失有90°彎頭20個，則總的局部阻力損失為：式中：—彎頭的阻力系數(shù)，0.23。。6.5系統(tǒng)總阻力計算由任務書知鍋爐出口前阻力為△P4=800pa，設備阻力△P5=1000pa，機阻，則系統(tǒng)總阻力損失為：△Pz=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5=36+267.8+405.7+800+1200=2709.5pa。7風機與電機的選型7.1風機風量的計算風機的風量可按下式計算：式中：—風機的風量，m3/h；—管道系統(tǒng)的總通風量，m3/h；—安全系數(shù)，取0.1。故風機的風量為：=1.1×39474.4=43421.8m3/h。7.2風機風壓的計算風機的風壓可按下式計算：=(1+0.2)×2709.5=3251.4Pa。由上述計算，選擇上海循特流體機械有限公司Y8-3910D鍋爐引風機，其性能如下表：Y8-3910D鍋爐引風機性能表轉速（r/min）全壓（Pa）風量（m3/h）效率（％）所需功率（KW）14502922~341225330~5366682.3607.3電動機功率的計算注：選用電機的型號為Y280S-4。結束語通過本次的課程設計，我學到了鍋爐煙氣除塵系統(tǒng)的設計步驟、濕法脫硫系統(tǒng)的設計步驟和需要注意的地方,包括排煙量及煙塵濃度的計算,凈化系統(tǒng)設計方案的確定,除塵器的選擇和確定運行參數(shù),脫硫塔的相關設計運算、風機電機的選擇以及管道系統(tǒng)的布置。我進一步了解了袋式除塵器和噴淋塔的構造、工作原理及其優(yōu)缺點。在整個設計的過程中，我遇到了很多難題，向老師和同學求助得以解決。我深刻體會到要做好一個完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對待要解決的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來充實自己。同時我也發(fā)現(xiàn)，寫論文和繪圖工作都是一個學習的過程，從模糊的認識到自己操作，才慢慢的體會到實踐對于學習的重要性。通過本次課程設計提高了我的邏輯思維能力以及對材料的整合和篩選能力，這對于我今后的研究和學習有很大的幫助，通過了整個課程設計方案的描述，讓我更加全面的拓寬自己的思考能力。讓我更加重視對實際工作的關注，有利于提高我的理論聯(lián)系實際能力。通過這次學習，我知道了如何去自覺學習，如何去體驗實踐的成果，如何在實踐中享受勝利的喜悅。對于我來說，獨自完成課程設計是相當困難的，它的完成與老師和同學的合作是密不可分的，在共同的努力中我感受到了團隊的合作力量，團隊的溫暖，工作的同時也增進了我們的友誼，我想我們每個人都會為我們共同努力的汗水所驕傲和自豪。總的來說，本次設計在嚴謹、求實中完成，這將對我的一生都有啟迪和警示作用。由于本人經(jīng)驗不足，設計中不妥之處在所難免，懇請各位老師和同學提出寶貴的建議和意見，我會誠懇地接受并在今后的設計中改正。末了，允許我衷心的感謝在本課程設計中幫助我的老師和同學。參考文獻[1]郝吉明，馬大廣，王書肖.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2010：211～243[2]祁君田.現(xiàn)代煙氣除塵技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008：464～587[3]童志權.大氣污染控制工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：291～300[4]環(huán)境空氣質量標準(GB3095—1996).蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文）PAGEXX目錄前言 11設計任務 22燃料計算 32.1煙氣量的計算 32.2煙氣濃度的計算 32.3二氧化碳濃度的計算 43除塵器的選擇及計算 43.1除塵器的效率及影響因素 43.1.1除塵器的效率 43.1.2影響因素 43.2除塵器形式的選擇 53.3脈沖袋式除塵器的工作原理 63.4濾料的選擇 73.5除塵器的尺寸設計 73.5.1過濾面積的計算 73.5.2確定濾袋的數(shù)量 74脫硫設備結構設計計算 84.1濕式石灰法脫硫工藝 84.2運行參數(shù)的選擇和設計 84.3石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術主要特點 84.4石灰石的消耗量 94.4.1二氧化硫物質的量： 94.4.2石灰石的消耗量 94.4噴淋塔內的煙氣流量 94.5吸收漿液量 104.6噴淋塔徑的計算 104.7噴淋塔高度計算 104.7.1吸收區(qū)高度 104.7.2除霧區(qū)高度 104.7.3漿池高度 114.7.4噴淋塔總高度 115煙囪的設計 115.1煙氣熱釋放率的計算 115.2煙氣抬升高度的計算 125.3煙囪的有效高度 125.4煙囪的內徑計算 135.5校核數(shù)據(jù) 135.5.1計算凈煙氣中的SO2濃 135.5.2SO2的排放速率 135.5.3地面最大濃度 145.54煙囪的阻力 146管道系統(tǒng)的設計 156.1管道布置原則 156.2管徑的確定 156.3摩擦阻力損失 156.4局部阻力損失 166.5系統(tǒng)總阻力計算 167風機與電機的選型 167.1風機風量的計算 167.2風機風壓的計算 167.3電動機功率的計算 17結束語 17參考文獻 18摘要OLED具有全固態(tài)、主動發(fā)光、高\o"對比度"對比度、超薄、低功耗、無視角限制、響應速度快、低電壓直流驅動、工作溫度范圍寬、易于實現(xiàn)柔性顯示和3D顯示等諸多優(yōu)點，將成為未來20年最具“錢景”的新型顯示技術。同時，由于OLED具有可大面積成膜、功耗低以及其它優(yōu)良特性，因此還是一種理想的平面光源，在未來的節(jié)能環(huán)保型照明領域也具有廣泛的應用前景。本文將系統(tǒng)介紹OLED的發(fā)展背景、發(fā)展史、制備及應用，介紹了有機電致發(fā)光器件(OLED)的結構和發(fā)光機理。典型的傳統(tǒng)OLED是生長在透明的陽極例如ITO玻璃上的，發(fā)射出來的光是由最底層襯底透出，這使得它與其他電子元件如硅基顯示驅動器的集成變得非常復雜。因此，理想的做法是研發(fā)一種OLED，其光的發(fā)射由器件頂部的透明電極透出。重點介紹一種具有陰極作為底層接觸層，陽極ITO薄膜作為頂部電極的表面發(fā)射型或者說有機“反轉”的LED(OILED)。介紹了該器件的制備工藝，對該OILED的I一V特性及EL譜進行了測試，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的OLED相類似，而工作電壓有所升高，效率一定程度上降低。為了進一步改善器件性能，我們對器件增加了保護層(PL)，研究了PL對OILED器件性能的影響。最后概述了器件的技術進展和應用前景,并展望了未來OLED發(fā)展的方向。關鍵詞：有機電致發(fā)光器件，有機反轉電致發(fā)光器件，發(fā)光機理，保護層（PL）,陽極ITO薄膜

AbstractOLEDhasasolidstate,self-luminous,highcontrast,ultra-thin,lowpowerconsumption,viewingangle,fastresponse,low-voltageDCdrive,theoperatingtemperaturerange,easytoimplementmanyoftheadvantagesofflexibledisplaysand3Ddisplayswillbecomethefuture20yearsofthemost"moneyscene"ofthenewdisplaytechnology.Also,becauseOLEDhasalarge-areafilm,lowpowerconsumption,andotherfinefeatures,soanidealplanelightsource,alsohasbroadapplicationprospectsinthefutureofenergysavinglightinginthearea.Inthispaper,thesystematicintroductionofOLEDdevelopmentbackground,historyofthedevelopment,preparationandapplication,thestructureoftheorganicelectroluminescentdevices(OLED)andtheluminescencemechanism.TypicaltraditionalOLEDisgrowthintransparentanodeITOglass,forexample,thelightisemittedbybottomgivesfullysubstrate,thismakesitandotherelectroniccomponentssuchasthattheintegrationofthesilicabaseddrivebecomeverycomplex.Therefore,theidealwayisdevelopingaOLED,itslightemissionfromthetopofthedevicegivesfullytransparentelectrodes.Focusesonacathodeasthebottomcontactlayer,theanodeofITOfilmsasthetopelectrodesurfaceemissionororganicLEDofthe"reverse"(OILED).Ofthedevicepreparationprocess,theOILEDI-VcharacteristicsandELspectraofthetest,foundthatsimilartotheconventionalOLED,theworkingvoltagewasincreasedefficiencytoacertainextentonthelower.Tofurtherimprovethedeviceperformanceofthedevicetoincreasetheprotectivelayer(PL),PLOILEDdeviceperformance.Finallyanoverviewofthetechnicalprogressandprospectsofthedevice,andlookedtothefutureOLED,thedirectionofdevelopment.Keywords:OrganicElectroluminescentDevices,Organicreverseelectroluminescentdevices,Luminescencemechanism,Protectivelayer(PL),theanodeofITOfilms.

目錄摘要 IAbstract II目錄 III1.緒論 11.1課題背景 11.2OLED技術的發(fā)展概況 21.2.1全球OLED發(fā)展史 41.2.2中國OLED發(fā)展狀況 51.2.3OLED的應用 61.2.3OLED的制備 62.有機電致發(fā)光器件 82.1引言 82.2有機電致發(fā)光器件 82.3有機電致發(fā)光器件的結構 92.4OLED發(fā)光機理 102.5我國發(fā)展OLED產(chǎn)業(yè)存在的問題及發(fā)展趨勢 132.5.1存在的問題 132.5.2發(fā)展趨勢 142.6結論及建議 143.有機反轉電致發(fā)光器件 163.1引言 163.2器件制備工藝 173.2.1基片的清洗及表面處理 173.2.2陰極的蒸鍍 173.2.3有機層的成膜 183.2.4陽極的濺射 193.3Si/Al/Alq/PVK:TPD/PTCDA/ITO結構的有機反轉電致發(fā)光器件的研究 193.3.1OILED的I一V特性及亮度測試 193.4保護層(PL)對器件性能的影響 273.4.1PL厚度對器件j一V特性的影響 273.4.2PL對器件的最大驅動電流I的影響 293.4.3PL對器件外量子效率的影響 293.4.4PL對EL發(fā)射譜的影響 303.4.5頂電極(陽極)面積對載流子注入效率的影響 313.4.6PL層對器件最表面狀態(tài)的影響 324.OLED與OILED的特性及存在的問題 334.1與目前占主流地位的CRT及LCD技術相比，OLED與OILED具有以下更多的優(yōu)點: 334.2與OLED相比OILED的不同 354.3OLED與OILED急待解決的問題和未來發(fā)展趨勢 35結論 385.致謝 396.參考文獻： 401.緒論1.1課題背景信息顯示是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術之一,而信息顯示技術及顯示器件多種多樣,到目前為止，有四種發(fā)光物理機制完全不同的固態(tài)場致發(fā)光形式。它們分別是基于P-N異質結的無機發(fā)光二級管(LED);通過碰撞發(fā)光材料而激發(fā)的無機電致發(fā)光(IEL);由相反電極注入載流子隨后在發(fā)光層復合輻射躍遷的有機電致發(fā)光(OLED);電子在固體中加速的固態(tài)陰極射線發(fā)光(SSCL)。在過去的數(shù)年里，這些場致顯示技術己經(jīng)取得了長足的進步。但是，LED還不能實現(xiàn)精細化顯示;OLED和IEL的發(fā)光效率和壽命等方面還沒有達到實際應用的要求;固態(tài)陰極射線發(fā)光才剛剛誕生數(shù)十年，各方面的問題還沒有得到徹底的解決。其中,有機電致發(fā)光顯示器件由于響應速度快,適合于全彩色的動態(tài)圖象顯示,同時驅動電壓低,能與數(shù)字圖象VLSI技術兼容,也便于實現(xiàn)動態(tài)圖象的顯示驅動,并且聚合物材料可以通過低成本的工藝做成柔性的大面積平板顯示,所以它是實現(xiàn)未來超薄型可卷壁掛式彩色電視的關鍵技術,現(xiàn)被公認為是繼液晶顯示LCD、等離子顯示PBD后的新一代圖形圖象顯示器件。有機電致發(fā)光的研究起步于60年代,Pope首次在蒽單晶上實現(xiàn)了電致發(fā)光,但由于當時需要在大于100V的驅動電壓下才能觀察到明顯的發(fā)光現(xiàn)象,且量子效率也很低,還由于受各種條件的制約,未能很好地解決成膜質量差和電荷注入效率低等問題,所以有機電發(fā)光的發(fā)展一直處于停滯不前的狀態(tài)。直到1987年,Tang和VanSlyke采用8-羥基喹啉鋁絡合物()作為發(fā)光層,分別用ITO電極和Mg:Ag電極作為陽極和陰極,制成了高亮度(>1000cd/m2),高效率(1.5lm/W)的綠光有機電致發(fā)光薄膜器件,其驅動電壓降到了10V以下,從而取得了有機電致薄膜發(fā)光器件研究史上劃時代的進展。由于他們的工作,又引起了人們對有機電致發(fā)光研究的再度關注。1990年,Burroughes等人用聚對苯乙烯(PPV)制備的聚合物薄膜電致發(fā)光器件得到了量子效率為0.05%的藍綠光輸出,其驅動電壓小于14V。由于聚合物材料的制作工藝、穩(wěn)定性以及化學修飾性都比有機小分子更為優(yōu)越,所以聚合物PPV以及PPV衍生物材料的研究進一步地推動了有機電致發(fā)光薄膜的研究,使之成為新的研究熱點。其中,Braun等用PPV的衍生物制成了量子效率為1%的綠色和橙色光輸出,其驅動電壓約為3V.這些工作都極大推進了有機薄膜電致發(fā)光器件的發(fā)展,從而使得有機電致發(fā)光的研究在世界范圍內廣泛地開展起來。1.2OLED技術的發(fā)展概況按照所采用有機發(fā)光材料的不同,OLED可區(qū)分為兩種不同的技術類型:一是基于小分子有機發(fā)光材料的SM2OLED(smallmaterialOLED),另一是基于共軛高分子發(fā)光材料的PLED(polymerOLED)。按照驅動方式不同,OLED可分為有源驅動OLED(active2matrixOLED)和無源驅動OLED(passive2matrixOLED)。小分子OLED技術發(fā)展得較早(1987年),因而技術也較為成熟。PLED的發(fā)展始于1990年,由于聚合物薄膜可以采用旋涂、噴墨印刷等方法制備,因此有可能大大地降低器件生產(chǎn)成本,但目前該技術遠未成熟。目前小分子OLED器件的發(fā)光效率已經(jīng)超過15lm/W,器件壽命(半衰期)已經(jīng)超過50000h。而高分子器件的發(fā)光效率則已超過10lm/W,壽命也已超過10000h。就器件的壽命而言,有機發(fā)光顯示器件已經(jīng)可以滿足實際應用的要求。目前OLED的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)發(fā)光材料發(fā)光材料主要有小分子發(fā)光材料和高分子發(fā)光材料,小分子發(fā)光材料可以分為熒光材料、磷光材料。在小分子發(fā)光材料方面,緣色熒光材料發(fā)展最快,其次是紅色磷光材料。最近佳能在SID2004上宣布,已經(jīng)成功開發(fā)出驅動電壓為2.7V的綠色熒光材料,初始亮度為100cd/㎡時,壽命可達25000h,初始亮度100cd/㎡,發(fā)光效率達26lm/W。Pioneer的紅色磷光材料,初始亮度在700cd/㎡時,壽命預計超過30000h。在高分子發(fā)光材料方面,黃色發(fā)光聚合物,發(fā)光效率可達到35cd/?,藍色發(fā)光聚合物,發(fā)光效率可達到20cd/?。綠色磷光材料的Host材料,使發(fā)光效率達到了24cd/?。OLED發(fā)光材料未來開發(fā)方向是,高效率化(提高發(fā)光效率)、改善熒光材料、引入磷光材料。磷光材料(三線態(tài)材料)充分利用了激發(fā)三線態(tài)的能量,可以明顯提高器件的外量子效率,是一類比較看好的發(fā)光材料。(2)彩色化實現(xiàn)彩色技術的突破是OLED展的關鍵。OLED的彩色化方案主要有“RGB三色發(fā)光法”、以藍光材為基礎的“色變換法”和以白光發(fā)光層搭配彩色濾光片的“白光法”等。目前主要采用三色發(fā)光法和白光加濾光片法。(3)柔軟顯示OLED柔軟顯示器(又稱為可卷曲顯示器)是顯示技術領域的最熱趨勢之一,OLED以其獨有的特性為這個目標的實現(xiàn)帶來了極大希望。要實現(xiàn)柔軟顯示需要解決的主要問題是電極層以及有機層的附著性能、基板的氣密性和封裝技術。近來,OLED柔軟顯示器引起全球的高度關注。隨著OLED技術的進步,全球許多研發(fā)機構和企業(yè)加大了對OLED柔軟顯示器的研發(fā),但目前世界上只有美國的UDC、日本的東北先鋒等為數(shù)不多的研發(fā)機構或公司推出了柔軟OLED樣品,維信諾公司于2003年11月23(4)大尺寸面板制作大尺寸技術被認為是OLED能否用于電視機的關鍵技術。是全球研究開發(fā)的又一熱點。制約其發(fā)展的關鍵技術是驅動IC和面板制備技術。目前還沒有很適合大尺寸OLED驅動的IC,而且大尺寸面板成品率低,生產(chǎn)工藝不成熟,仍處于研發(fā)階段,預計2008年才能夠達到實用化水平。(5)驅動IC開發(fā)集成電路(IC)是OLED器件的重要組成部分,一般占器件成本的20%～30%。實力比較強的是美國的Clair公司和中國香港的Solomon公司,中國臺灣和韓國也有很多公司在從事OLED專用IC的設計工作。IC作為OLED器件的上游原材料,其發(fā)展是與器件的發(fā)展相一致的。目前情況看,OLED控制IC與LCD控制IC比較相似,不存在技術難度;單色、多色驅動IC已經(jīng)比較成熟,但款式有限,一般只有通用的幾款;彩色驅動IC難度較大,仍需要改進。(6)AMOLED技術AMOLED采用的基板業(yè)界有三個方向,一個是對傳統(tǒng)的a2SiTFT進行改進,二是開發(fā)載流子遷移率高的LTPSTFT技術,三是開發(fā)OTFT。通過非晶硅底板驅動的2.2英寸有機EL面板,176像素×220像素,亮度為120cd/㎡,色表現(xiàn)范圍與NTSC相比達65%以上。采用真空蒸鍍低分子材料的方法制成,總之,OLED的技術發(fā)展方向是解決器件的成品率、壽命和彩色化問題。從長遠來看,OLED未來的發(fā)展必將沿著小尺寸—中尺寸—大尺寸—超大尺寸、單色—多色—彩色、無源—有源、硬屏-軟屏的脈絡進行發(fā)展,最理想的OLED顯示器應該是TFTOLED。1.2.1全球OLED發(fā)展史1947年出生于香港的美籍華裔教授鄧青云在實驗室中發(fā)現(xiàn)了有機發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開了對OLED的研究，1987年，鄧青云教授和Vanslyke采用了超薄膜技術，用透明導電膜作陽極，作發(fā)光層，三芳胺作空穴傳輸層，Mg/Ag合金作陰極，制成了雙層有機電致發(fā)光器件。1990年，Burroughes等人發(fā)現(xiàn)了以共軛高分子PPV為發(fā)光層的OLED，從此在全世界范圍內掀起了OLED研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“OLED之父”。OLED顯示技術與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無需背光燈，具有自發(fā)光的特性,采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(fā)光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，OLED技術發(fā)展(15張)可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。目前在OLED的二大技術體系中，低分子OLED技術為日本掌握，而高分子的PLED,LG手機的所謂OEL就是這個體系，技術及專利則由英國的科技公司CDT掌握，兩者相比PLED產(chǎn)品的彩色化上仍有困難。而低分子OLED則較易彩色化，不久前三星就發(fā)布了65530色的手機用OLED。不過，雖然將來技術更優(yōu)秀的OLED會取代TFT等LCD，但有機發(fā)光顯示技術還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。目前采用OLED的主要是三星如新上市的SCH-X339就采用了256色的OLED，以及索尼發(fā)布的次時代掌機PSV，至于OEL則主要被LG采用在其CU81808280上我們都有見到。為了形像說明OLED構造，可以將每個OLED單元比做一塊漢堡包，發(fā)光材料就是夾在中間的蔬菜。每個OLED的顯示單元都能受控制地產(chǎn)生三種不同顏色的光。OLED與LCD一樣，也有主動式和被動式之分。被動方式下由行列地址選中的單元被點亮。主動方式下，OLED單元后有一個薄膜晶體管（TFT），發(fā)光單元在TFT驅動下點亮。主動式OLED應該比被動式OLED省電，且顯示性能更佳。1987年，Kodak公司最早發(fā)表其研究成果，此后，全世界許多企業(yè)和研究機構開始致力于小分子OLED器件和相關課題的研究，有關的專著文獻和專利的數(shù)量每年成百上千地遞增。在美國(除Kodak公司外)和歐洲，絕大多數(shù)有機EL的研究工作是從9O年代早期開始的。今天，高效率(>15lm/w)和高穩(wěn)定性(發(fā)光強度為150cd/m2時，工作壽命>10,000小時)的有機EL器件已經(jīng)研制出來。對高分子有機EL的研究工作比對小分子有機EL的研究，起步要晚得多。直到1990年，才由Burroughes及其合作者研究成功第一個高分子有機EL器件。此后，為了發(fā)展聚合物EL技術，在美國和歐洲進行了大量的研究工作。人們一般都隊為，聚合物材料比有機小分子材料要穩(wěn)定，這也就成了發(fā)展聚合物EL的原動力。

目前，OLED的產(chǎn)品已從試驗室走向了市場。從1997～l999年，OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上，2000年以后，產(chǎn)品的應用范圍逐漸擴大到手機顯示屏。OLED在手機上的應用又極大地推動其技術的進一步發(fā)展和應用范圍的迅速擴大，對現(xiàn)有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰(zhàn)。

進入21世紀，人們需要性能更好、更能符合未來生活需求的新一代平板顯示器，以迎接所謂的“4C”，即計算機(computer)、通信(commun\o"ic"ication)、消費電子(consumerelectronics)、汽車電子(carelectronics)以及“\o"3G"3G”時代。尤其未來的趨勢是要在輕巧的柔性體上輸送大量的信息和影像，而現(xiàn)今的平板顯示器顯然已不符合需求。顯示技術在經(jīng)歷了CRT、\o"LCD"LCD、PDP技術之后，正向大面積、超薄、低成本、柔性等方面發(fā)展。OLED因自身多項優(yōu)點，符合未來平板顯示技術的發(fā)展方向。顯示技術發(fā)展歷程如圖1.1所示。因此，有專家稱二十一世紀最有“錢景”的產(chǎn)業(yè)，就是擁有“夢幻顯示器”之稱的“OLED”。圖1.1

顯示技術發(fā)展歷程1.2.2中國OLED發(fā)展狀況OLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到了中國政府的高度關注，在工業(yè)和信息化部支持下，中國內地的OLED研發(fā)取得了突破性進展。2008年10月，由清華大學組建的維信諾公司在昆山成功建成中國內地第一條OLED大規(guī)模生產(chǎn)線，實現(xiàn)了小尺寸OLED顯示屏的量產(chǎn)。目前，中國內地主要有昆山維信諾、汕尾信利、四川虹視、佛山彩虹等企業(yè)從事小尺寸OLED生產(chǎn)。而中國首條AMOLED中試線已經(jīng)在昆山建成投產(chǎn)并于2010年底打通全部生產(chǎn)工藝，上海天馬和佛山彩虹都在建設4.5代AMOLED生產(chǎn)線預計2011年即可量產(chǎn)，京東方及四川虹視等也在積極進行AMOLED項目研發(fā)工作。中國大陸的AMOLED面板生產(chǎn)線有京東方的4.5代和5.5代線，成都虹視的4.5代線，長三角天馬的2.5代線，維信諾的2.5代線和4.5代線，廈門天馬的5.5代線，珠三角彩虹的2條4.5代線，彩顯的2.5代線，信利的2.5代線等，我國AMOLED產(chǎn)業(yè)即將見到豐收的碩果。1.2.3OLED的應用OLED對我們來說可能還是一個新的名詞，但實際上我們或許已經(jīng)在使用它，只是并不知道而已。比如，我們的手機顯示屏可能就是OLED屏。OLED手機顯示屏僅是OLED的一種應用，實際上它的應用范圍非常廣，涉及許多領域：

商業(yè)領域：主要應用在POS機和ATM機、復印機、自動售貨機、游戲機、公用電話亭、加油站、打卡機、門禁系統(tǒng)、電子秤等產(chǎn)品和設備的顯示屏。

通信領域：主要應用有3G手機、各類可視對講系統(tǒng)(可視電話)、移動網(wǎng)絡終端、ebook(電子圖書)等產(chǎn)品的顯示屏。

計算機領域：主要有家用和商用計算機(PC/工作站等)、PDA和筆記本電腦的顯示屏。

消費類電子產(chǎn)品：主要應用有裝飾用品(軟屏)與燈具、各類音響設備、計算器、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、便攜式DVD、便攜式電視機、電子鐘表、掌上游戲機、各種家用電器(OLED電視)等產(chǎn)品的顯示屏。

工業(yè)應用場合：主要應用有各類儀器儀表、手持設備等的顯示屏。

交通領域：主要應用有GPS、車載音響、車載電話、飛機儀表和設備等各種指示標志性的顯示屏。如微顯示器，這種技術最早用于戰(zhàn)斗機飛行員，現(xiàn)在的穿戴式電腦也用它。有了它，移動設備就不再受顯示器體積大、耗電多的限制。1.2.3OLED的制備選用PVCZ作為空穴傳輸層和發(fā)光層,采用8-羥基喹啉鋁(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum,Alq)作為電子傳輸層。摻雜染料為我們首次采用的9,10-二苯乙炔基蒽(9,10-bis(phenylethny)anthracene,BPEA)。PVCz和BPEA的二氯乙烷溶液通過在ITO(indium-tin-oxide)玻璃上旋涂成膜。則在6.65MPa的真空下蒸鍍在PVCZ膜上,在同樣條件下將金屬Al蒸鍍在膜上。器件的結構如圖1.2所示。ITO和Al分別作為器件的正極和陰極,在正向電壓(ITO接正)驅動下,可以透過ITO膜觀察到器件的發(fā)光。ITO和Al分別作為器件的正極和陰極,在正向電壓(ITO接正)驅動下,可以透過ITO膜觀察到器件的發(fā)光。圖1.2有機EL器件的結構示意圖

2.有機電致發(fā)光器件2.1引言有機電致發(fā)光(OLE)就是指有機材料在電流或電場的激發(fā)作用下發(fā)光的現(xiàn)象。根據(jù)所使用的有機電致發(fā)光材料的不同,人們有時將利用有機小分子為發(fā)光材料制成的器件稱為有機電致發(fā)光器件,簡稱OLED;而將利用高分子作為電致發(fā)光材料制成的器件稱為高分子電致發(fā)光器件,簡稱PLED。有機電致發(fā)光器件(organiclight-emittingdevices,OLED)以其優(yōu)越的性能脫穎而出,具有如下優(yōu)點:(1)結構簡單,體積小,重量輕,成本低,易進行大規(guī)模、大面積生產(chǎn),具有超