光致发光谱
光致发光光谱技术的认识、应用及改进
孙奇 2014物理学
2015、4、21
1、光致发光光谱技术的背景介绍
在我们周围,光致发光就是一种很普遍的现象。常用的日光灯就属于光致发光的一种,它就是利用汞蒸气放电产生的紫外光激发涂覆在灯管壁上的发光物质而发出可见光的。简单地说,光致发光(PL)就是发光材料吸收光子(或电磁波)后,重新辐射发出光(或电磁波)的过程。这种过程与材料的结构、成分及原子排列等密切相关。
?紫外光、可见光甚至红外辐射都可以作为激发光,引起光致发光。
?所发出的光,根据弛豫时间的不同,可分为荧光、磷光与上转换发光。
从分子电子结构上解释,荧光就是电子从单线态第一激发态返回到基态时释放的光,具有很短的发光寿命(约1~100 ns),而磷光就是电子从三线态第一激发态返回基态时释放的光,具有较长的发光寿命(约0、1~1000ms)。当系间窜越的速率小于荧光跃迁速率时,激发态全部以荧光形式辐射回到基态,因而只有在低温条件下,才可以检测到磷光发光。本文中如未特别指出,所介绍的光致发光都属于荧光发光。
图1、光致发光过程中的光子吸收与能量转移过程。
在实验测试中,荧光发光光谱包括激发谱与发射谱两种。激发谱就是使用不同波长激发光测试发光材料在某一波长处荧光强度的变化情况,即不同波长激发光的相对效率;发射谱则就是在某一固定波长激发光作用下的荧光强度在不同波长处的分布情况,即荧光中不同波长的光成分的相对强度。一般情况下,光致发光光子的能
量小于激发光子的能量(斯托克斯位移),在特定条件下发射光子的能量也可以超过激发光子的能量(反斯托克斯位移)。
由于光致发光(荧光或磷光)的特点就是宽激发窄发射,所以测试时,需要选取一个能反映出所测材料发光效率的激发光波长。激发光波长的选择一般没有定论,简单而常用的方法有两种:1)激发谱:将荧光发光峰波长固定为发射波长(EM),然后做激发波长(EM)扫描,激发波长范围要小于发射波长。一般选取激发谱最高峰位置对应的波长作为激发光波长。2)紫外-可见光吸收测试:一般以最大吸收波长或等吸收点处的波长作为激发波长。
发光材料的发射光谱,通常就是连续的宽带谱,光谱的形状可以用高斯函数来表示,即:
其中,ν就是频率,Eν就是在频率ν附近的发光能量密度,Eν0就是在峰值频率ν0时的相对能量,a就是正的常数。
光致发光光谱技术就是研究固体或液体中电子过程的重要手段。根据发光峰的位置。可以研究材料的带隙、缺陷、以及量子效应影响等特征。例如,在当前的研究热点中,量子点发光技术就是一项具有很重要应用价值的课题,利用光致发光光谱技术,人们发现量子点的发光波长会随着其尺寸的变化而改变。根据发光峰的强度,可以研究材料的荧光量子产率、缺陷数量等性能。例如,在有机电致发光器件(OLED)的研究中,人们为了获得高效率OLED,通常需要使用光致发光光谱技术表征材料的荧光量子产率。
2、光致发光光谱检测数据实例
在实验中,我们需要测试三种材料的PL光谱,但就是在测试之前不知道这三种材料的发光峰位置,所以不能采用激发谱的方法来确定激发光波长。因而,我们首先测试了这三种材料在薄膜状态下的紫外-可见光吸收光谱。
图1、 M1、M2与M3三种材料的紫外-可见光吸收光谱图。
从紫外-可见光吸收光谱中,可以瞧出这三种材料在紫外光区都有两个吸收峰,分别在280 nm与350 nm附近。
图2、实验中所用到的荧光光谱仪。
接着,我们使用这两种波长的激发光,在FluroMax-4荧光光谱仪上测试了材料M1的PL光谱。
图3、 M1材料在280 nm与350 nm激发光作用下的PL光谱图。
光致发光原理
体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用 光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的5倍。此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。 光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。
DNA电致化学发光分析方法研究
DNA电致化学发光分析方法研究 电致化学发光(ECL)是在化学发光基础上发展起来的一种新的分析方法,它 是化学发光与电化学相结合的产物,兼具化学发光和电化学分析的优点,同时又 延伸出一些独特的优势,例如灵敏度高、抗干扰能力强、重现性好、可进行原位现场分析、动态范围宽等。自2002年有关Si纳米粒子的ECL研究被报道以来,半导体纳米晶(SNCs)作为新型的ECL材料近年来备受关注。与传统的分子发射物相比,半导体纳米晶有着独特的优点,例如尺寸/表面缺陷控制的发光、无光漂白、稳定性好。 因此,基于半导体纳米晶的ECL已经被广泛地应用于生物传感和生物分析中。本论文研究了多种SNCs的ECL性能,并以这些物质为ECL发光体,结合DNA杂交技术、界面能量转移技术和酶的循环放大技术,实现了 DNA的序列识别及含量测定,为新型DNA传感器的开发提供了新的思路和方法。1.基于金纳米粒子和等温循环双重放大的超灵敏ECL法检测DNA将具有等温放大效应的“DNA机器”与Au 纳米粒子对CdS半导体纳米晶膜ECL距离可控的猝灭与增强现象相结合,发展了一种新型超灵敏的ECL DNA传感界面。 ECL体系中的这种界面能量转移给生物识别元件的转换提供了一种新的方法,且等温DNA放大反应可以在室温条件下进行,因此避免了热循环的一些要求。此研究结果不仅为超低浓度DNA检测提供了一种新的方法,还给DNA生物传感器对其他分析物的检测带来广阔的应用前景。2.基于等温循环放大和双纳米粒子标记的三茎式探针的超灵敏单核苷酸多态性ECL检测方法基于等温循环协助的标 记有Au和CdTe两种纳米粒子(NPs)的三茎式探针,我们研发了一种新型的电致化学发光(ECL)检测单核昔酸多态性的方法。
有机电致发光材料的新进展
有机电致发光材料的新进展 唐杰 （湖南工程学院化学化工学院，湘潭，411101） 摘要：介绍了有机电致发光材料的最新进展，对有机电致发光材料进行分类和评述，重点介绍载流子传输材料和发光材料(小分子发光材料，金属配合物发光材料和聚合物发光材料)的国内外研究现状，并对有机电致发光材料的应用前景进行评述。 关键词：有机电致发光；发光材料；有机小分子；金属配合物；聚合物 Abstract：The recent progress of organic electroluminescent materials was introduced. Various kinds of organic molecular materials and polymer materials used for organic electroluminescence at present were mainly described. The future application of the materials was described. Key words：organic electroluminescence；luminescent material；small organic molecule；organometallic complex；polymer 前言 有机电致发光(organic electro-luminescence )，也叫有机发光二极管(organic light-emitting diode)，简称为OLED[1]，是指有机物在电场作用下，受到电流电压的激发而发光的现象，是一种直接将电能转化光能的过程。该类材料具有低成本、制作简单、驱动电压低、体积小、响应时间短、重量轻、高导电性、良好的成膜性、视角宽、可大面积使用、柔韧性及可塑性好、自身可发光等显著优点，能够满足照明和显示技术高的需求，已经吸引了科学界和商业界的高度关注。目前国内外对OLED的研究主要集中在发光材料的研究，器件的制作和产品研发上。 在20世纪30年代的时候，人类就开始对有机电致发光材料进行研究了。最初的是1936年Destriau发现的，他将化合物不集中在聚合物中制备了薄膜。1963年，Pope、Lohmann、Helfrich和Willams等人都接连研究了稠环芳香族的蒽、萘等化合物，但大都由于诸多因素而使其发展受到限制。1982年，美国柯达集团的Vincett[2]等人，用真空沉积有机薄膜的这样方法得到有机电致发光材料。从此，对有机发光材料研究的帷幕拉开了。1987年，C.W.Tang[2，3]利用超薄薄膜技术，得到了有机电致发光的材料这一进展对有机发光材料研究的影响很大，全世界都
光致发光谱
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电致化学发光研究的新材料和新方法-厦门大学
第23卷第12期2011年12月 化 学 进 展 PROGRESS IN CHEMISTRY Vol.23No.12 Dec.2011 收稿:2011年3月,收修改稿:2011年5月 ?国家自然科学基金面上项目(No.21175112)资助??Corresponding author e?mail:xichen@https://www.360docs.net/doc/606990364.html, 电致化学发光研究的新材料和新方法? 罗 峰1 林志杰2 陈 曦2?? (1.福建省计量科学研究院 福州350003; 2.厦门大学化学化工学院化学系 厦门361005) 摘 要 由于方法的使用范围广、光学系统简单和操作容易,电致化学发光(ECL )得到人们的广泛重视。随着对ECL 研究的深入,ECL 研究所涉及的领域和层面已有很大的扩展,特别是近十年来,ECL 研究发展更为迅猛。除ECL 理论研究外,为了适应分析检测的应用的需求,ECL 在新材料、新实验技术和方法方面出现了许多的研究报道。本文综述最近几年来ECL 研究在新材料应用和新实验技术的开发方面的一些进展,包括纳微米材料和量子点材料在ECL 方面的研究,同时对固态ECL 和基于三原色(RGB )机理的可视化ECL 研究进展,进行了一些讨论。最后,综述展望纳米和量子点材料修饰电极ECL 的研究和应用的前景。 关键词 电致化学发光 新材料 新方法 中图分类号:O667.39 文献标识码:A 文章编号:1005?281X(2011)12?2588?10 Novel Materials and Approaches for Electrochemiluminescence Studies Luo Feng 1 Lin Zhijie 2 Chen Xi 2?? (1.Fujian Research Institute of Metric Science,Fuzhou 350003,China; 2.Department of Chemistry,College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University,Xiamen 361005,China) Abstract Electrochemiluminescence (ECL)approaches have been received great attention due to their versatility,simplified optical setup,and good temporal and spatial control.With the extension of ECL study,ECL has been applied in a lot of fields,and got great development in recent ten years.Besides their theory studies,to meet the ECL analytical applications,there have been many reports on new materials and approaches for ECL study.In this review,we focus on the ECL applications of new materials and techniques and summary the recent development of ECL,including nano?micro and quantum dot materials for ECL studies.In addition,solid?state ECL and visible ECL approaches based on red?green?blue(RGB)tri?color system are also discussed.Finally,the prospect of ECL studies and applications using nano or quantum dot modified electrodes is presented. Key words electrochemiluminescence;new materials;new approaches Contents 1 Introduction 2 New ECL materials 2.1 Metal complexes 2.2 Nano?micro materials based on Ru complexes 2.3 Quantum dot materials for ECL 3 New development of ECL techniques 3.1 Solid?state ECL 3.2 New approaches of ECL for bio?analysis 3.3 Visible ECL technique 4 Conclusions and outlook
粉末电致发光材料晶体生长和发光特性(精)
粉末电致发光材料晶体生长和发光特性 本论文研究了Cu~+对ZnS：Cu电致发光材料发光特性的影响；讨论了晶体生长过程中灼烧温度、助熔剂的作用及对发光材料结构、粒度、发光特性的影响；采取相变技术和采用掺入两种激活剂的方法较大地提高了粉末电致发光材料的发光性能。研究表明,随着Cu+掺入量的增加,材料发光亮度随之增加,Cu+掺入浓度为0.15%时,发光材料的亮度达到最大,但发光亮度并不会随着Cu+掺杂浓度的增加一直增大。同时借助光致发光光谱进一步研究了ZnS：Cu的发光机理及发光特性,Cu+浓度小于0.15%时,光致发光光谱的峰值随Cu+浓度增加而逐渐增大,当Cu+浓度为0.15%时,光致发光光谱的峰值达到最大, Cu+浓度大于0.15%时,光致发光光谱的峰值开始迅速下降。通过改变灼烧温度及灼烧气氛达到改变晶体粒度的大小,随着焙烧温度的提高,ZnS：Cu的平均粒度增大,在800℃到1250℃之间可以获得平均粒度在5/μm-22/μm的发光材料,发光材料的亮度也呈增大的趋势。虽然助熔剂Br-、Cl-的加入对发光材料的粒度影响较小,但Br-、C1-起电荷补偿作用,可增加Cu+在晶体中的溶解度。我们采用晶体相变技术,获得了以立方相结构为主、结晶好、亮度高的绿色发光材料。本文提出在ZnS基质材料中同时掺入Cu+、Au+两种激活剂,通过改变掺杂比例来探索提高粉末电致发光材料发光性能的方法,在ZnS晶体中它们以一价阳离子形式进入ZnS晶格中,形成更多的发光中心。通过在基质ZnS材料中掺入Cu+和Au+两种不同浓度的激活剂,在不影响材料颜色的前提下,较大地提高了电致发光材料的亮度。论文的完成对改善绿色交流粉末电致发光材料ZnS：Cu的发光特性,获得优质的ZnS：Cu绿色发光材料及拓宽材料的应用领域有着重要的经济和现实意义。 同主题文章 [1]. Aron ,Vecht ,朱自熙. 八十年代粉末电致发光(EL)技术' [J]. 发光学报. 1981.(03) [2]. 近期外文资料索引' [J]. 液晶与显示. 1986.(06) [3]. 周连祥. 一种研究粉末电致发光(EL)器件频率特性的新方法' [J]. 发光学报. 1992.(01) [4]. 王金忠,杜国同,王新强,闫玮,马燕,姜秀英,杨树人,高鼎 三,Chang ,R ,P ,H. 退火对ZnO薄膜结构及发光特性的影响' [J]. 光学学报. 2002.(02) [5]. 谢伦军,陈光德,竹有章,汪,屿. ZnO薄膜表面和边缘的发光特性(英文)' [J]. 发光学报. 2006.(06)
有机电致发光材料研究现状
<有机化学进展>结课论文 题目:有机电致发光材料的研究现状 院系： 专业： 班级： 学号： 姓名：
有机电致发光材料的研究现状 摘要：本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、发光器件（OLED）的优点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细介绍了有机发光材料的研究状况，包括小分子发光材料、高分子(聚合物)发光材料，以及新材料的开发。最后总结了国内外OLED 技术的发展状况。 关键词：小分子有机电致发光有机高分子聚合物电致发光 Research and development of organic electroluminescent materials Abstract Organic light-emitting diodes (OLEDs), having excellent properties of low driving voltage and brightemission, have been extensively studied due to their possible applications for flat panel color displays.At the same time, or-ganic electroluminescent materials have been made with an outstanding progress.And thestatus of organic electrolumi-nescent materials(including evaporated molecules and polymers)were reported in this paper. Key words OLED, organic luminescent materials, evaporated molecules and polymers 有机电致发光显示（organic electroluminesence Display）技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic light emitting diode）。2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。 一、发展历史 1936年，Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。20 世纪50年代人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A. Bernanose等人在蒽单晶片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚10mm～20mm，所以驱动电压较高。1963年M. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光。70年代宾夕法尼亚大学的Heeger探索了合成金属[1]。1987年Kodak 公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱动电压（<10V，>1000cd/m2）OLED 器件（Alq作为发光层）[2]。1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一个
光致发光材料荧光光谱分析解读
第六章光致发光材料荧光光致发光材料荧光光谱分析荧光光谱分析 案例： 3000 534.4 5000 627.8 Intensity/a.u. 2000150010005000 200 300 400 500 600 700 262.4 Intensity/a.u. 2500 4000300020001000 550 600 650 700 567 wavelength/nmwavelength/nm 图6-1 CaS:Eu,Sm激发光谱（监控波长630nm）图6-2 CaS:Eu,Sm荧光光谱（监控波长630nm） 100 35003000 Intensity/a.u. 629.8 806040200 Intensity/a.u. 25002000150010005000 550 600
650 700 750 8001000120014001600 λ/nm wavelength/nm 图6-4 CaS:Eu,Sm红外响应光谱 图6-3 CaS:Eu,Sm红外上转换发射光谱（980nm激发）概念： 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。 紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。 下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。 一. 吸收光谱 当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。只有被吸收的这部分光才对发光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。 发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即： I(λ)=I0(λ)e-kλx 其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。 二. 反射光谱
光致发光材料光谱分析
第六章光致发光材料光谱分析 概念： 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。 紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。 下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。 一. 吸收光谱 当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。只有被吸收的这部分光才对发光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。 发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即：I(λ)=I0(λ)e-kλx 其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，k λ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。k λ 随波长（或频率） 的变化，叫作吸收光谱。发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。 二.反射光谱 如果材料是一块单晶，经过适当的加工（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到反射的损失，就可以测得吸收光谱。但是多数实用得发光材料都是粉末状，是由微小的晶粒组成的。这对精确测量吸收光谱造成很大的困难。在得不
光致发光和电致发光
光致发光和电致发光 光致发光 物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧光。 产生 激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，
而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用
光致发光材料的研究进展
光致发光材料的研究进展 应化1112 孔志恒 1120109201 摘要:简述了有机光致发光材料的发光机理 ,发光与结构的关系 ,综述了有机小分子、高分子发光材料的国内外研究现状。并对光致发光领域的应用前景作了展望。 引言：光致发光是一种相当重要和普遍的现象 ,无机物发光的研究和应用已经有了较长的历史 ,但无机发光材料存在一些难以克服的缺点 :种类少 , 可调节性小 ,使用条件苛刻 ,能量效率不高 ,难于获得蓝光等。因此探索新的发光材料将十分重要。具有大共轭体系的有机分子在电及光等的激发下 ,容易产生电子能级的跃迁 ,发出不同波长的光来。由于有机化合物的种类繁多 ,结构多种多样 , 可以满足各种不同的用途 ,在发光领域中有机材料的研究近年来日益受到人们的重视。 一、光致发光原理 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,这个分子所处的电子能态称为单重态(2S+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。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(S1),最后由S1回到基态S0,此时产生荧光,或者经由最低激发三重态( T1), (S1- T1 ),最后产生 T1-S0的电子跃迁 ,此时辐射出磷光。 二、研究现状 2.1有机小分子发光材料 2.1.1共轭体系类 它们结构中多带有共轭杂环及各种生色团。种类有 :咔唑、香豆素、口恶二唑、噻唑、吡嗪及 1, 3 - 丁二烯衍生物类等。噁二唑类衍生物随苯分别为邻、间、对位取代的苯环 ,化合物的共轭度有所不同 ,发光的颜色从紫蓝到浅蓝 , 波长递增。 Saito等对 PBD进行了改进 ,使材料成为有苯环连接噁二唑二聚体结构 ,产生了非结晶性强、熔点高的化合物 OXD - 7; Kodak公司首次用香豆素 6 作绿光领域的客分子 ,它的光峰在500 nm左右 ,荧光效率趋近 100%。三苯基胺衍生物 ,又称TPD,这类化合物结构易于调整 ,通过引入烯键、苯环等不饱和基团及各种生色团 ,可以改变其共轭度 ,从而使化合物光电性质发生变化。 2.1.2配位化合物 配位化合物的结构主要由两部分组 成 :中心离子和配体。 2.1.2-1配体发光的配位化合物 有些配体分子在自由状态下不发光或发光很弱 , 形成配合物后转变成强发光物质。1987年, C.W.Tang制得Alq3 ,并用作发光器件。 1994年 Burrows等研究了Caq3 的发光性能 ,近几年人们发现8-羟基喹啉不仅能与铝、钙形成发光配合物 ,而且与Be、Ga、In、Sc、Th、Zn、Zr等金属离子都能形成发光配合物。此外, Schiff 碱分子本身不发荧光 ,与铝、锌等金属形成配合物之后 ,则具有不错的光致发光性能 ;还有一类配合物发光机理是源于金属离子隔断配体分子的光致电子转移而增强了荧光辐射跃迁。基于这一原理 ,分别在不同大小的氮杂冠醚分子上取代上香豆素荧光发色团 ,则可以选择性地与碱金属离子发生配合作用。环大的与 K+配合 ,而环小的与 Li+配合。在形成配合物后 ,将可以检测到香豆素基团的强荧光发射。这种高选择性和荧光发射的高灵敏度相结 合 ,使得这类分子成为很有价值的离子探针。 2.1.2-2中心离子发光的配位化合物 主要是稀土配合物发光现象 ,能观察到发光现象的稀土离子有两类 :
光致发光实验报告
光谱 光致发光光谱（Photoluminescence,简称PL)，指物质吸收光子（或电磁波）后重新 辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致发光是多种形式的荧光（Fluorescence）中的一种。 光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不损坏材料。光直 接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。 光致发光光谱可以应用于：带隙检测，杂质等级和缺陷检测，复合机制以及材料品质 鉴定。 PL光致发光光谱测量系统 PL光致发光光谱测量系统介绍 光致发光（photoluminescence）即PL，是用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光。PL荧光测量系统是用短波长激光（如325nm/442nm等）激发材料（如GaN/ZnO）产生荧光，通过对其荧光光谱的测量，分析该材料的光学特性。典型应用于LED发光材料、半导体材料的研究。 系统组成：光源系统+分光系统＋样品检测系统＋数据采集及处理系统＋软件系统＋计算机系统 ★常温系统可升级到低温系统 ■ ZLX-PL-Ⅰ型(II型)PL光致发光光谱测量系统 体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲[1] 线表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也
有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展
有机电致发光发展历程及TADF材料的发展进展 1.1引言 有机光电材料（Organic Optoelectronic Materials），是具有光子和电子的产生、转换和传输等特性的有机材料。目前，有机光电材料可控的光电性能已应用于有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）[1,2,3]，有机太阳能电池（Organic Photovoltage，OPV）[4,5,6]，有机场效应晶体管（Organic Field Effect Transistor，OFET）[7,8,9]，生物/化学/光传感器[10,11,12]，储存器[13,14,15]，甚至是有机激光器[16,17]。和传统的无机导体和半导体不同，有机小分子和聚合物可以由不同的有机和高分子化学方法合成，从而可制备出大量多样的有机半导体材料，这对于提高有机电子器件的性能有十分重要的意义。 其中，有机电致发光近十几年来受到了人们极大的关注。有机电致发光主要有两个应用：一是信息显示，二是固体照明。在信息显示方面，目前市面上主流的显示产品是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD），它基本在这个世纪初取代了阴极射线管显示，被广泛应用于各种信息显示，如电脑屏幕，电视，手机，以及数码照相机等。但是，液晶显示器也有其特有的缺点，比如响应速度慢，需要背光源，能耗高，视角小，工作温度范围窄等。所以人们也迫切需要寻求一种新的显示技术来改变这种局面。有机发光二级管显示器（OLED）被认为极有可能成为下一代显示器。因为其是主动发光，相对于液晶显示器有着能耗低，响应速度快，可视角广，器件结构可以做的更薄，低温特性出众，甚至可以做成柔性显示屏等优势。但是，有机发光显示技术目前还有许多瓶颈需要解决，尤其是在蓝光显示上，还需要面对蓝光显示的色度不纯，效率不高，材料寿命短的挑战。目前，有机发光二极管显示的发展显示出研究，开发和产业化起头并进的局面。 本论文的主要工作是合成新型有机发光材料并研究其光电性能，本章将介绍有机电致发光的发展历程，以及有机材料的发光机制，最后提出本论文的设计思路。 1.2 有机电致发光发展历程 Destriau于1936年首次观察到了电致发光现象[18]，而有机电致发光现象要追溯到
ZnO_Zn的光致发光和电致发光性能
ZnO∶Zn的光致发光和电致发光性能3 丛 亮,张俊英,王锡铭,薛道齐,王天民 (北京航空航天大学理学院,材料物理与化学研究中心,北京100083) 摘 要: 在N2+H2还原气氛中以ZnO粉末为原料制备了ZnO∶Zn发光膜和粉末。利用X射线衍射、电子扫描显微镜、红外光谱仪、XPS、荧光分光光度计等测试手段表征了样品的结构、形貌、缺陷和发光性能。ZnO∶Zn发光膜具有六角纤锌矿晶体结构和良好的c 轴取向,结晶性较好,晶粒颗粒均匀。ZnO∶Zn发光膜和粉末具有绿色的单谱光致发光和电致发光。发光薄膜的O1s结合能表明,此绿色发光与薄膜内的点缺陷状态密切相关。 关键词: ZnO;发光;缺陷;蒸发沉积 中图分类号: O472.3文献标识码:A 文章编号:100129731(2007)0921414204 1 引 言 ZnO是一种新型的IIB2V IA族具有六角纤锌矿结构的自激活宽禁带半导体材料。其室温下的禁带宽度为3.36eV,激子结合能高达60meV,比同是宽禁带材料的ZnSe()和GaN(21meV)都高出许多,更有利于产生室温下的激子发光。ZnO材料在气敏、压敏、紫外探测、光催化净化等领域都有广泛的应用。其优越的发光特性使其作为一种发光材料受到越来越广大的关注[1～3]。近来的研究表明,ZnO由于具有合适的禁带宽度、丰富的本征缺陷和离子易掺杂的特点而具有高场电致发光性能[3～5],由于其制备温度较低,具有其它电致发光氧化物所不具有的优点。 ZnO发光膜的制备方法主要有化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延、电子束蒸发、激光脉冲沉积、溶胶2凝胶提拉法等[6]。其发光光谱一般都包括380nm 左右的近紫外峰和520nm左右的绿峰,其发光机理目前还没有统一的定论。一般认为近紫外发射源于带边激子复合跃迁,绿色发光是由ZnO制备过程中的本征缺陷造成的[7～9]。 本文在还原气氛下制备了ZnO∶Zn发光膜和粉末。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(F T2IR)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法研究了其结构、形貌及缺陷,并研究了其光致发光谱和电致发光性能。 2 实 验 ZnO∶Zn发光膜采用气相沉积法在玻璃或石英基片上生长。基片用弱碱性溶液洗净表面,再用丙酮和乙醇的混合溶液超声后浸泡在乙醇溶液中备用。实验用设备是在管式炉中套进一石英管,将分析纯ZnO 粉体放到Al2O3陶瓷舟中置于管内保温区;基片依次置于出气端托架上,用带孔橡皮塞封闭两端口,同时充以N2并逐步升温至300～400℃,待排净石英管内空气后通一定量的H2,气流稳定后继续升温至750℃,令ZnO蒸发之后沉积到置于样品架的基片上,得到ZnO∶Zn发光膜,同时在Al2O3陶瓷舟中得到ZnO∶Zn发光粉。2h后停止加热,继续通混合气体自然冷却至室温,将样品拿出置于干燥皿中。作为对比,同时在空气中750℃加热得到ZnO粉体。 所得发光膜及粉体用日本理学(Rigaku)D/ MA X22200型X射线衍射仪、Diglab F TS3000型红外光谱仪和P HI5300ESCA型X射线光电子能谱进行结构表征,利用Hitachi S4200型扫描电子显微镜进行观察其微观形貌。样品的发光谱由Hitachi F24500型荧光分光光度计测试分析所得。 3 结果与讨论 在还原气氛中制备的ZnO,一般都会写作ZnO∶Zn,这是因为在还原气氛中热处理,部分晶格O会脱出,造成氧空位(VO)或锌间隙(Zni)的生成。图1为ZnO∶Zn发光膜的XRD图,与PDF标准卡片中(No. 8620409)衍射峰峰位完全一致。在衍射角2θ=34.40°处的衍射峰非常强,对应于(002)晶面,并且半峰宽非常小,结晶性好,这通过SEM图也可以看出,说明生成的ZnO∶Zn发光膜是具有高c轴取向的六角纤锌矿结构的晶体 。 图1 ZnO∶Zn发光膜XRD图谱 Fig1XRD patterns of ZnO 3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50302001,50672003) 收到初稿日期:2007202228收到修改稿日期:2007206229通讯作者:张俊英 作者简介:丛 亮 (1982-),男(回族),山东济南人,在读硕士,师承张俊英教授,主要从事特种功能材料的研究。
电致发光高分子功能材料的应用
电致发光高分子材料及其应用进展 孙东亚*,1，何丽雯2 （1 厦门理工学院材料科学与工程学院福建厦门361024） （2华侨大学材料科学与工程学院福建厦门361021) 摘要：主要介绍了导电高分子的一个重要门类-电致发光（有机EL，也称作OLED）聚合物材料的发光机理、制备工艺及应用现状。结合有机OLED相比于传统显示材料及器件具有发光效率高、波长易调节、寿命长、机械加工性能好等优势，综述了OLED材料及器件在环保照明及平板显示领域取得进展和未来的发展方向。 关键词：电致发光；高分子材料；平板显示； Abstract：An important category of conductive polymer-electroluminescent (organic EL, also known as OLED) luminescence mechanism, preparation process and application status of polymer materials has been introduced. Compared to traditional display materials and devices, the organic combination of OLED has high luminous efficiency, long life, easy to adjust the wavelength, good machining performance and other advantages. At the same time, we summarized the progresses and future development of OLED materials and devices in the green lighting and panel display. 0 前言 有机高分子光电材料由于其诱人的应用前景而得到了人们的广泛关注和研究[1-10]。近年来，导电高分子的研究取得了较大的进展，科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究，已使其成为一门相对独立的学科。目前，有机电致发光平面显示器(OLED)在一些领域里已经取代了液晶显示器占有平面显示器的主要市场。与液晶平面显示器相比, 有机电致发光平面显示器以及高效率的节能照明设备具有主动发光、轻薄、色彩绚丽、全角度可视、能耗低等显著特点，吸引很多国内外研究机构和国际知名大电子、化学公司都投入了巨大的人力财力研究这一领域[11-15]。虽然在应用研究领域已经取得了巨大的成功，但是无论从综合发光效率、发光波长的调整、稳定性和寿命等方面还有待更进一步的发展。本文综述了近年来OLED材料与器件在制备工艺及品质质量方面所取得的进展及需要解决的主要问题。 1 有机电致发光器件及原理 由电能直接激发产生的发光现象称为电致发光。如图1所示，电致发光材料是通过电极向材料注入空穴和电子，两者通过在材料内部的相对迁移在材料内部发生复合形成激子（激发态分子），然后激子导带中的电子跃迁到价带的空穴中，多余的能量以光的形式放出，产生发光现象。 福建省中青年教师教育科研项目(JB14077) Education Scientific Project of Young Teacher of Fujian Province(JB14077) 作者简介：孙东亚（1982-），男，硕士，工程师，从事光电功能材料制备与表征，E-Mail：