电致发光高分子功能材料的应用

电致发光高分子功能材料的应用
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)

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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:

图1 电致发光原理示意图

目前高分子电致发光器件的原理结构一般采用以下三种基本方式(见图2)。

图2聚合物电致发光器件结构

图2a是一个简单的“三明治式”及结构,是由电子注入点击和空穴注入电极夹持一个光发射层组成。具体制作方法是:在导电玻璃基质上旋涂、浸涂或真空热蒸镀发光材料(发光层),然后镀上阴极材料,连接电源即构成电发光器。为了提高有机发光器的稳定性和效率,应使电子和空穴的注入达到平衡,这就要求电极材料的功函数与电致发光材料的能级相匹配,通常在系统中增加一个电子传输层(ETL)或/和空穴传输层(HTL)(如图2b)或者两者兼有(如图2c)。电荷传输层的作用是平衡电子和空穴的传输,使两种载流子恰好能在光发射层中复合形成激子发光。其性质是对某一种电荷的传输具有优先属性,而对另一种电荷不利。由于这种性质是相对的,ETL通常具有阻挡空穴的作用,而HTL层则具有阻挡电子的作用。电子和空穴电极之中至少有一种必须是透明的,以有利于产生可见光的发出。形成多层结构器件,有助于电子和空穴注入的平衡,提高器件的性能。且实验证明采用多层结构后,电致发光器件的驱动电压降低,电子和空穴的注入较为平衡,从而提高在发光层中的复合几率及发光量子效率。

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2 OLED器件的材料种类

2.1电荷注入材料

2.1.1电子注入材料

电子注入材料的主要功能是向电致发光材料中注入负电荷,要求有良好的导电能力、合适的功函、良好的物理化学稳定性。保证能施加的驱动电压均匀有效的传输到有机材料界面层,并克服界面电势,将电子有效的注入有机层中。一般选用的材料为纯金属、合金和金属复合材料。目前使用较多的是碱土金属材料和铝的合金,这些金属的氧化物、氟化物或者氟化物均能有效提高电子的注入效率,比如Li2O,Al2O3,CsCO3,CsF等[16-22]。

2.1.2 空穴注入材料

阳极材料除了承担注入空穴的任务,还必须保证电极具有透光性,保证发出的可见光能透过发出。最常用的阳极材料是铟和锡氧化物ITO(indium-tin oxide)玻璃电极,对于大多数有机物来说它具有优良空穴注入性能。ITO透明度较高,功函可以达到4.9左右,是非常理想的空穴注入材料。对ITO表面进行适当的处理和化学改性,改变其表面形态及物化性质,可以显著提高其空穴注入性能。通常采用等离子体、酸、自组装膜或者加缓冲层方法,比如用酸处理使表面产生质子化可提高其功函值,最显著的是用磷酸可提高0.7eV[23-24]。

除ITO外,空穴注入材料还有其它高功函、高透光率、高导电性的金属氧化物,诸如氟掺杂的氧化锡(FTO),铝掺杂的氧化锌(AZO),鎵掺杂的氧化铟(GIO),鎵和铟掺杂的氧化锡(GITO),锌掺杂的氧化铟(ZIO),锌和铟掺杂的氧化锡(ZITO)等[25]。共轭型高分子亦可用于制作空穴注入阳极,比如,有人用聚苯胺制作阳极替代ITO,可使OLED 器件性能有较大改善,工作电压下降30%,量子效率提高了10-30%[26]。

2.2电荷传输材料

载流子传输材料包括空穴传输材料和电子传输材料。一般空穴传输材料都是富电子的化合物,电子传输材料都为缺电子化合物。其中聚合物空穴传输材料应用较广泛,下面着重介绍空穴传输材料。

2.2.1电子传输材料

常用的有机电子传输材料主要有金属配合物及n-型有机半导体材料。在电致发光研究中使用最多的配合物是三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)配合物及其衍生物。这是因为Alq3除了有良好的电子传输能力外,Alq3易于合成和钝化,具有优良的热和形态稳定性,易于采用蒸发法成膜,并且具有避免形成激基复合物的分子结构也是其受欢迎的原因。但是,Alq3在电子迁移率,量子效率和禁带宽度等方面还不理想。其他类似物如,三(5-羟甲基-8-羟基喹啉)铝(AlOq)[27]、双(5,7-二氯-8-羟基喹啉)-(8-羟基喹啉)铝[Alq(CLq)2][28]、(邻羟基苄基-o-氨基酚)(8-羟基喹啉)铝[Al(Saph-q)]等都是长江的电子传输材料[29]。

2.2.2空穴传输材料

空穴传输材料应该具有良好的亲核性质和和与阳极相匹配的导带能级,以利于空穴的传输和注入。Adachi等用14种芳胺类小分子作空穴运输材料制作了双层LEDs:ITO/空穴运输层(HTL)/发射层(EML)/Mg:Ag,发射层材料是用低电离势(508ev)的材料作空穴运输层,显著

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地提高了器件的稳定性。他还认为在空穴运输层和阳极之间形成的能垒越低,器件越稳定。对有机电致发光器件的性能很有影响。据报道,连续运行的器件的寿命与能量势垒有关, 即与空穴传输材料的电离势和ITO的功函数之差有关。同时,器件的热稳定性也与空穴传输材料的玻璃化温度密切相关。所以作为空穴传输材料,应具备成膜性能好,空穴传输能力好和玻璃化转移温度高等特点。

聚乙烯咔唑(PVK)是一种典型的光导体,被广泛用作空穴传输材料。从PVK的结构来看,亲电的N原子通过诱导效应吸收双键上的电子; 另一方面, 由于pπ共轭效应, N的未共用电子又供给双键,使双键富电子, 其中共轭效应大于诱导效应, 所以PVK有很强的空穴传输能力, 在EL器件中常作为空穴传输层。这种空穴运输材料一方面降低了小分子EL材料的结晶, 提高了器件寿命; 同时增加了电子-空穴复合的机会, 提高器件的发光效率。

聚硅烷由于其高的电荷迁移率而倍受关注。聚硅烷在许多方面与π共轭聚合物有相似性质,这归功于硅骨架间的σ电子共轭。聚合物的光导性是由光生性和电荷迁移率决定的。为了增强在可见光范围内的灵敏性,要求在侧链接上取代基。聚甲基硅烷(PMPS)是一种性能优良的空穴运输材料, 室温下其空穴迁移率为10-3cm/Vs。PMPS易得到纯的样品,在可见光内无吸收, 易于加工, 可用湿法喷涂装配LEDs。

2.3发光材料

2.3.1有机小分子发光材料

对第一类发光材料,一般要具备以下几个特性才能得到EL发射:(1)固态下有较强荧光, 无明显的浓度淬灭现象;(2)载流子传输性能好;(3)稳定性能好,包括良好的热稳定性和化学稳定性;(4)能够真空蒸镀。

有机小分子电致发光材料应用最广泛的是Alq3,如图3所示。它具有成膜质量好,载流子迁移率高和稳定性较好等优点。Alq3既是一种电致发光材料,也是一种电子传输材料,因而在LEDs中Alq3也可以充当电子运输层。Hamada等人用8-羟基喹啉及其两种衍生物作配体, 以Al3+、Mg2+、Zn2+、Be2+作配离子,合成出多种配合物,在20V偏压下,8-羟基喹啉锌(Znq2)的发光亮度高达16200 cd/m2。人们期望Znq2等二配位的金属配合物能够成为新的有机EL材料。

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图3 Alq3分子结构图

有机小分子化合物电致发光材料中1,3,5-三(二芳基氨基)苯类化合物也是研究较多的一类化合物。此类化合物容易氧化,是一种潜在的空穴传输材料。Thelakkat等人合成了5个新的此类化合物,这些物质HOMO能级高,玻璃化转变温度高,是优良的空穴传输材料,其中两个化合物还具有蓝色和绿色区域的电发光性能[30]。最近,人们将磷光染料掺杂到Alq3〔三(八羟基)喹啉铝〕和4,4-N,N二咔唑基二苯(CBP)等小分子中实现三线态发光,得到的发光器件的量子效率高达13.7%和38.3 lm/W。

2.3.2聚合物发光材料

有机小分子EL材料的开发仍在进行,但小分子普遍的结晶现象降低了EL器件的寿命;同时有机小分子EL材料的成膜方式主要靠真空蒸镀;为提高发光效率大多采用多层结构,这对器件的装配带来了困难,要实现大面积显示会需较高的成本。许多学者把兴趣转向具有优良物理特性的聚合物。聚合物具有挠曲性,易加工成型,不易结晶,同时链状共轭聚合物是一维结构,其能带隙数值与可见光能量相当。可溶性聚合物又具有优良的机械性能和良好的成膜性,因而较易实现大面积显示。

目前聚合物材料在LEDs中有三种形式,一种是共轭聚合物作发光层:一种是聚合物作载流子运输层,以有机小分子EL材料作发光层;还有一种是以染料掺杂型聚合物作发光层。

2.3.2.1共轭聚合物电致发光材料

1聚对苯乙炔(PPV)及其衍生物

1990年,英国剑桥大学Cavendish实验室的J.H.Burroughes等人首次报道了用PPV 〔poly(p-phenylenevinylene),聚对苯乙炔〕制备的聚合物薄膜电致发光器件,得到了直流驱动偏压小于14 V的蓝绿色光输出,,其量子效率为0.05%[31]。随后,美国加州大学的D.Braum 和A.J.Heerger于1992年报道了用可溶于有机溶剂中的PPV及其衍生物制备的发光二极管,其启辉电压为3V,得到了有效的绿色和橙黄色2种颜色的发光。目前,PPV仍然是最受关注的一类发光聚合物,并且最有希望商业化。它具有很强的电致发光性能,由于有较高分子量可形成高质量的薄膜,目前已开发出许多PPV衍生物。

由于PPV以空穴导电为主,因而在EL装置中,它不仅可作为发光层材料,而且可以作为多层结构的载流子传输层。例如:Greenham等以具有较高电子亲和能的CN PPV为发光层,以PPV为空穴传输层制成了双层LEDs,量子效率高达4%[32]。随着聚合物电子亲和能的增加,可以降低电子注入时的能垒。所以对聚合物进行适当的化学修饰,可以得到发光颜色和发光性能不同的EL材料。S.Doi等人研究了同种类型取代基的链长对烷氧基取代的PPV(RO PPV)的影响。他们发现器件的电致发光强度先是随着链长的增加而提高,当R基为10个碳的正烷基时最大,而后随着链长的增加而降低[33]。最近有研究者将Si烷基引入PPV 的侧链中,改变了σ键和π键的分布,有效地限制了聚合物链上的电子分布,实现了高的量子效率,得到的硅烷取代PPV量子效率高,溶解性好,并且成膜性能好。

2.3.2.2其他类型的共轭聚合物电致发光材料

聚噻吩,是除PPV外研究较多的一类杂环聚合物电致发光材料,以噻吩为骨架的聚合福建省中青年教师教育科研项目(JB14077)

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物由于容易通过侧链修饰来调节电子能级,并且导致不同的空间构型,而带来意外的电子性质,因而倍受关注。聚烷基芴是另一类研究较多的共轭聚合物。聚烷基芴在普通有机溶剂中有极好的溶解性能,并且在较低的温度下可熔融加工,其能带隙一般大于290eV,作为蓝光二极管材料而倍受重视。芴是少数几种有希望用于实际应用的发蓝光材料,但是由于聚集效应或是链间低级聚集物的形成,它的发光光谱有很长的拖尾现象,即色纯度和发光颜色稳定性差。这些共聚物可发出从蓝色到绿色波长的光,可溶性和热稳定性能都很好。芴与蒽共聚所得的聚合物的热稳定性很好,与苯胺共聚提高了聚合物空穴传输性能,从而降低了工作电压。将芴与空穴传输单元咔唑共聚可以降低驱动电压,使工作电压降到50%,且没有明显的发光效率损失。

Dow化学公司对芴的均聚物和共聚物有广泛的研究。他们研究出一种发绿光的芴共聚物, 用它制备双层LEDs,当工作电压为425V时,其发光亮度高达4000cd/m2,并且其效率为779 lm/W。另外,Dow化学公司研制的发红光共聚物的效率也达到1 lm/W。聚1,4-苯撑(PPP)是另一类发蓝光的共轭聚合物。它比较稳定,能带隙接近3eV,符合发蓝光的要求,是发射蓝光的重要材料。有人采用PPP制作LEDs,发光波长为415 nm,其后又有几种PPP 的衍生物用于LEDs的制备。这些衍生物虽然具有高的荧光量子效率,但器件的EL量子效率却相当低。Y.Yang合成了3种可溶性的PPP衍生物:DO-PPP、EHO-PPP和CN-PPP,用ITO作阳极,Ca作阴极,发光波长为420 nm左右,量子效率高达1%~3%;采用在空气稳定的阴极如Ag、In、Al和Cu时,器件的量子效率在0.3%~0.8%之间[34]。

2.4 染料掺杂聚合物/敏化材料

有机发光器件的发光颜色是可以调节的,其中在OLEDs中掺杂少量光致发光染料是一种很好的调节方式。用光致发光染料掺杂技术制备的OLEDs,发光颜色可遍及整个可见光区域,且效率高、寿命长。在器件中光致发光染料截取OLEDs中产生的激子,发射染料自身特性的光谱。将染料掺杂到OLEDs中可使效率明显提高;并且掺杂了染料的器件,其电致发光光谱会变窄,即色纯度增强,这对全色显示是非常有利的。

目前有机小分子的三线态发光研究很热门。将三线态发光的小分子掺杂到聚合物中能够使聚合物通过能量转移,将能量转移到掺杂的三线态发光小分子上,实现三线态发光,大大提高聚合物的发光效率。从器件的发光光谱表明,能量PVK传递到Ir(PPY)3中,使其三线态发光。这类器件将金属络合物的高效三线态发光与聚合物的良好加工性结合起来,很值得进一步研究。

3 OLED器件的制备工艺

OLED器件的制备工艺根据制备目的不同,主要包括面状发光器件的单层和多层膜成型工艺、点阵化发光器件的成型工艺、多发光点组成全色彩器件的形成工艺等。此外,从满足实际应用的角度考虑,在制作工艺中影响器件发光效率和使用寿命的一些影响因素也一并讨论。

3.1面型电致发光材料的成型方法

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(1)真空蒸镀成膜法:真空镀膜法适合那些在高真空下容易升华的物质成膜,操作过程是在一个真空体系中,将欲作为涂层的材料放置在较高温度处,在真空下升华;升华物质将均匀沉积到处在较低温度处的基质上形成薄膜。这种方法需要特殊的设备,并要求成膜材料的热稳定性好,保证在升华温度下不发生分解反应。形成膜的厚度取决于升华速度和蒸镀时间,而升华速度取决于温度和真空度。因此,温度、真空度是重要工业参数。

(2)浸涂或旋涂成膜法:浸涂或旋涂方法均属于溶液成膜法,需要先将成膜材料溶解在一定溶剂中制成合适浓度的溶液,然后进行涂膜工艺。其中,浸涂工艺是将ITO电极浸入成膜溶液中,然后取出让溶剂挥发,溶质沉积使之成膜。膜的厚度可以通过调整溶液的浓度和黏度进行控制,也可以通过浸涂次数控制。该方法简单易行,不需要复杂的仪器设备。但是,对于多层结构的电致发光器件该方法不适合。因为在浸涂第二层时往往会对第一层造成短路等不利影响;此外,形成膜的厚度不容易准确控制,均匀性也难以保证。旋涂工艺是浸涂法的一种改进,利用旋转基体材料形成的离心力使形成膜厚度均匀化。具体方法是将成膜材料的溶液用滴加的方法加到旋转的ITO玻璃电极表面中心,在离心力作用下多余溶液被甩出,留下部分溶液吸附在电极表面形成均匀薄膜。由于电极与溶液的接触时间短,相互影响相对较小,因此可以应用到多层器件的制备中。其缺点是不易获得大面积的膜材料。浸涂和旋涂方法必须要求成膜材料在某些溶剂中是可溶的,否则无法得到适当浓度的溶液。由于某些高分子电致发光材料的溶解性比较差,限制了该方法的使用范围。

(3)原位聚合成膜法:这是利用化学反应直接将单体聚合在集体表面形成薄膜。对于那些溶解性或者热稳定性均不好的电致发光材料,采用原位聚合法是唯一可行的理想方法。原位聚合成膜工艺是将预先合成好的单体化合物和其他聚合反应试剂配合成反应体系,通常是首先配置聚合单体反应溶液,然后利用电化学、光化学等方法引起聚合反应,利用聚合反应直接在基体表面形成高分子膜。采用这种成膜工艺可以在ITO电极表面原位生成电致发光层和电荷传输层。由于ITO电极作为基体具有导电性质,用化学原位聚合方法制备发光层和电荷传输层较为普遍。为了保证电化学反应的进行,在单体溶液中还要包括电解质,在三电极或者双电极电势驱动聚合反应。作为电化学聚合的活性集团,在活性结构上引入端基双键可以用还原电化学聚合方法成膜,形成主链为饱和烷烃的聚合物膜。引入芳香性结构或者吡咯、噻吩结构衍生物作为单体可以用氧化电化学聚合方法成膜,形成带有主链共轭结构的聚合物膜。这种工艺最突出的特点是适合那些溶解性和生化性均很差的高分子电致发光材料,特别是共轭聚合物。用电化学聚合成膜法,膜的厚度可以通过电解时间和电解电压来控制。此外,用这种方法制成的薄膜缺陷很少,特别适合制备厚度非常薄的发光层。而作为电致发光器件,发光层的厚度越小,需要的启动电压就越小。由于在电化学聚合过程中会引入离子性杂质,需要一定的后处理。

(4)离子溅射成膜法:离子溅射是利用一定动能的高能离子对成膜材料进行轰击并发生溅射,落到基体材料表面成膜。这种工艺主要用于电荷注入层的制备。电子注入电极材料一般使用低功函的碱土金属或它们的合金作为成膜材料,使用的主要是真空蒸镀成膜法。对于那些不容易升华的电极材料,采用高能离子流进行轰击溅射可以形成预定厚度的膜。由于有机物在高能离子轰击下容易发生破坏性结构改变,不适合作为常见电荷传输层和电致发光层得制备。上述制备方法树妖作为实验室规模的研究手段,如果剑气发展成工业规模,对相

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应的制备方法要进行相应的改进。

3.2点阵化或者图形化电致发光材料的成型工艺

有机电致发光材料的一个重要的应用领域是制备大面积的平面显示装置。目前所有现代显示器件都采用点阵排列显示元素的方式,为了提高画面的显示质量,显示器的分辨率越来越高,需要制备数目巨大、结构细微的显示元素。显然采用上述成膜工艺制备无论从生产效率还是产品质量都无法保证要求。因此采用有机电致发光材料构成图像显示装置必须要解决点阵化成型工艺难题。目前人们主要采用以下几种加工工艺解决。

(1)计算机控制的喷墨打印法:该方法是从浸涂工艺发展而来,首先是将有机电致发光材料溶解在一定溶剂中,配制成打印溶液(墨水),并将这种溶液装入具有喷墨打印功能的机器,利用计算机控制在基板上打印形成具有特定图案或者点阵型结构的功能膜。通过精确控制的喷墨头喷出液滴的大小和喷出时间,可以如同进行图形打印一样,在基体材料上形成机构精密的图形或点阵式图案。形成膜的厚度则有溶液的浓度和黏度进行控制。当然,与浸涂和旋涂工艺一样,采用喷墨打印法要求材料在一定溶剂中必须有良好的可溶性,并能够通过浓度或者打印技术控制形成特定厚度和形状,像素大小一致的电致发光层和电荷传输层。工作效率高,控制精度好是这种工工艺的主要优点。

(2)光刻工艺法:光刻工艺是目前广泛应用在集成电路、印刷电路和印刷制版场合的成熟加工工艺,在电致发光器件制备工艺中主要用于阳极,即ITO电极的点阵化和图形化加工,通常是在经光刻工艺制备的ITO电极表面再进行涂层像素制备。阴极和电致发光层等一般不能通过光刻成型方法制备,原因是在清洗光刻胶是,容易对有机层造成破坏和污染。

(3)屏蔽罩结合真空蒸镀法:这种方法是从真空蒸镀成膜法发展而来。是在具有特定精密结构的屏蔽罩的保护下,利用真空蒸镀方法在非保护区域形成具有特定的图形化或点阵化电致发光层和电荷传输层。屏蔽罩可以是金属材料制备,也可以用有机材料制备。这种方法原则上不受材料达到种类限制,但是屏蔽罩的机械强度和加工精度直接影响制备的电致发光器件的质量和性能。

4 OLED的应用及和需要解决的问题

OLED主要应用于新型显示、照明领域和半导体激光。新型显示器方面,近年来, 美国、英国、日本、德国、荷兰和瑞典等国在这方面的研究非常活跃,不断开发出新的高效荧光材料和电子功能材料。欧洲的Philips, Simens, Hoechst; 日本的Pioneer,Toyota,TDK,Seiko-Epson,Sumitomo,NEC,Sanyo;美国的Kodak,HP,IBM,DuPont等公司都积极投入此项研究,其中Pioneer已开始实施汽车仪表板多色显示器及手机用小分子发光显示器的商品化试生产。韩国的LG等公司也正在进入这一开发领域之中。荷兰的Philips在Hellen,德国的西门子公司在马来西亚各自在建1条聚合物发光型手机用数码图形显示器生产线,都即将投入生产。美国杜邦/Uniax公司与台湾的RITEK合作的聚合物发光显示器生产线也正在筹建中。多家公司已推出基于小分子发光二极管的1/4VGA的全色显示原型机。

半导体激光广泛用于现代科学技术中。相对于传统无机半导体,有机半导体具有易加工、低成本以及具有可弯曲性等优点。因此,用有机半导体制备的电驱动激光具有更广泛的应用前景。光激发激光和放大自发光现象在半导体聚合物、有机小分子、有机单晶中广泛存在。

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半导体聚合物、有机小分子和有机单晶已经成功地用于薄膜有机发光器件。贝尔实验室的J.H.Schon等人用丁省单晶制备了有机电泵浦激光器件[35]。当注入电流密度增大到某个阈值时,会导致发射光谱变窄,由原来的120‰电子伏特减少到低于1‰电子伏特。当增益超过损耗时,产生净增益激光。他们取得成功的原因是采用高迁移率的有机单晶,相对于不定形有机材料,其电荷诱导吸收的影响大幅降低,同时他们使用了FET结构来注入电子与空穴,降低了金属电极的损耗。目前聚合物的电泵浦激光器件还未能实现,这是人们目前努力的目标。

随着对有机和聚合物电致发光器件研究的不断深入,将着重围绕以下问题开展工作:

(1)发光机理的基础性研究,提高内部量子效率问题:磷光及其它三线态发光材料的研究;(2)全色大尺寸平板显示器相关的材料与器件的研究;(4)提高电致发光器件的寿命研究:找到影响器件寿命的关键因素及解决方法;(5)有关有机/聚合物激光器的研究。

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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:

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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:

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:

电致发光及原理

电致发光及原理 电致发光ElectroluminescenceEL是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。电致发光EL是一种直接将电能转化为光能的现象。早在20世纪初虞瑟福就发现了SiC晶体在电场作用下的发光。电致发光作为一种平面光源引起了人们的极大爱好。人们企图实现照明光源从点光源、线光源到面光源的革命。自从无机发光板硫化锌和磷砷化镓化合物发明以来电致发光已被广泛应用在很多领域取得了令人瞩目的成就。尽管粉末电致发光现象早在1937年就被发现但直到50年代将硫化锌和有机介质涂敷在透明导电玻璃上再做上第二电极加上交流电压才实现稳定的电致发光。人们逐渐把目光投向了性能更为优良的新一代平板显示器件工艺更简单的新型有机电致发光器件OLED。 1.电致发光材料从发光材料角度可将电致发光分为无机电致发光和有机电致发光。无机电致发光材料一般为等半导体材料。有机电致发光材料依占有机发光材料的分子量的不同可以区分为小分子和高分子两大类。小分子OLED材料以有机染料或颜料为发光材料高分子OLED材料以共轭或者非共轭高分子聚合物为发光材料典型的高分子发光材料为PPV及其衍生物。有机电致发光材料依据在OLED器件中的功能及器件结构的不同又可以区分为空穴注进层HIL、空穴传输层HTL、发光层EML、电子传输层ETL、电子注进层EIL等材料。其中有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层的功能这样的发光材料也通常被称为主发光体发光材料层中少量掺杂的有机荧光或者磷光染料可以接受来自主发光体的能量转移和经过载流子捕捉carriertrap的机制而发出不同颜色的光这样的掺杂发光材料通常也称为客发光体或者掺杂发光体英文用Dopant表示。从发光原理角度电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。 2.电致发光的原理和器件结构从发光原理电致发光可以分为高场电致发光和低场电致发光。高场电致发光是一种体内发光效应。发光材料是一种半导体化合物掺杂适当的杂质引进发光中心或形成某种介电状

功能高分子材料研究进展

功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分,这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系,也就是从宏观乃至深入到微观,以及从半定量深入到定量,从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性,从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料,如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料;功能高分子;功能材料; Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords:high polymer materials; functional polymer; functional Materials;

生活中的材料课题5几种高分子材料的应用练习1鲁科版选修10921142

1 解析:真毛皮含有蛋白质,焚烧时有烧焦羽毛的味道,而人造皮毛不含蛋白质,焚烧时 则没有烧焦羽毛的味道,所以 B 选项错误。 答案:B 解析:尿不湿之所以具有强的吸水性,是因为其中添加了高吸水性树脂。 答案:D 4.高吸水性树脂中含有羧基和羟基等基团,这些基团属于 B .强憎水基团 D.不属于任何基团 解析:羧基和羟基等基团属于强亲水基团。 答案:A 5.牛筋底鞋底耐磨性好而且坚固耐用富有弹性。而牛筋底一般用两种材料制成,这两 种材料是( ) 主题4认识生活中的材料 课题5几种高分子材料的应用 课堂演练当堂达标 1.下列物质不属于高分子化合物的是 ( ) A. G0H22 A .纤维素 B.蛋白质 C.聚乙烯 答案:A 2. 人造毛皮越来越以假乱真,下列关于真假毛皮的说法不正确的是 A. 真毛皮的主要成分是蛋白质 B . 焚烧人造毛皮和真毛皮都有烧焦羽毛的味道 C . 人造毛皮和真毛皮的成分不同 D . 聚氨酯树脂可用于生产人造毛皮 3. 尿不湿之所以具有强的吸水性是因为 ( ) A. 其成分是滤纸 B. 其中有烧碱等易潮解物质 C. 其中有氯化钙等吸水剂 D. 其中添加了高吸水性树脂 A 强亲水基团 C.酸根 A. 聚四氟乙烯和玻璃钢 B. 热塑性丁苯橡胶和聚氨酯塑料 C. 乙丙橡胶和聚四氟乙烯 D. 聚甲基丙烯酸甲酯和顺丁橡胶

2 解析:电脑中的光盘盘片原料采用聚甲基丙烯酸甲酯或透明的聚酯; 高分子材料等制成;尿素不属于高分子材料;橡胶属于高分子材料,故选择 答案:C 3.为配合“限塑令”的有效推行,许多地区采取了免费发放无纺布袋的措施,已知生 产无纺布的主要原料为:聚丙烯、聚酯和粘胶等。下列有关说法不正确的是 解析:生产无纺布的原料中聚丙烯、聚酯属于合成材料。A. 大部分塑料在自然环境中很难降解 B . 使用无纺布袋有利于减少“白色污染” C . 生产无纺布与棉布的原料都是天然纤维 D . 聚丙烯、聚酯都属于合成材料 答案:B 6. 丁苯橡胶是以丁二烯和另一种材料为单体发生聚合反应而制得的, 这种材料是( ) A.苯乙烯 B .丙烯 C.乙烯 D.甲醛 解析:丁苯橡胶的结构为: —CH>—C H=CH —C H 少一(H —「H i 可知其单体为1, 3 丁二烯CH 2===C — CH===C 和苯乙烯。 答案:A 课后作业知能强化 1.与聚乙烯的制作工艺类似,可以将四氟乙烯进行加聚反应而得到一种特别好的高分 子材料,这种材料的性质特别稳定,所以被称为 ( ) A.国防金属 B .尿不湿 C.橡胶王 D.塑料王 解析:由于聚四氟乙烯具有特殊的化学稳定性, 能够耐强酸、强碱甚至“王水”的腐蚀, 既耐高温又耐低温,绝缘性好而且在水中也不会浸湿或膨胀,所以被称作是塑料王。 答案:D 2. 下列用途中与高分子材料无关的是 ( ) A. 电脑中的光盘 B. 录音机中的磁带 C. 庄稼施加尿素以补充氮肥 D. 氟橡胶制造火箭衬里 录音机中的磁带用 C 项。

功能高分子材料讲义

第三章功能高分子材料 3.1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域,它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分,这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系,也就是从宏观乃至深入到微观,以及从半定量深入到定量,从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性,从而探索和合成出新的功能性材料。 3.1.1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料,结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度,可以代替金属作为结构材料,如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料,目前尚未有明确的定义,一般认为是指

除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能(如导电性、光敏性、化学性和生物活性等)的高分子材料,所谓材料的功能,从根本上说,是指向材料输入某种能量,经过材料的传输转换等过程,再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意,不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈,这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料,这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子,而复合型功能高分子材料,是指以普通高分子材料为基体或载体,与具有某些特定功能(如导电、导磁)的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料,这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多,还未有统一的分类方法,一般按其使用功能来分类,大致可以分为以下几类:(1)化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂,高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。

高分子材料的应用

高分子材料的应用——防水防尘新型材料等方面的研究进展的介绍 高分子材料是门内容广泛,与其他许多学科交叉渗透,相互关联的综合性新兴学科随着社会的发展,普通的材料已经不能满足需求,高分子材料则越来越多的用于人们的日常生活.目前高分子材料的发展迅猛,应用的方面也越来越多,越来越广!下面就高分子材料用于防水方面的研究进展进行介绍! 一开始想到这个方面是由于一年前班主任开班会时候对高分子进行的介绍,其中有一点就是应用于防水方面。当时他举了个列子——荷叶.众所周知,荷叶表面的水可以聚成水珠,不会粘在荷叶上,从这个出发研究荷叶的结构从而得到防水防尘方面的启发! 荷叶的叶面上布满了一个紧挨一个的“小山包”,“山包”上长满绒毛,好像山上密密的植被,“山包”的顶上又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。因此,在“山包”的凹陷处充满了空气,这样就在紧贴的叶面上形成一层极薄的只有纳米级的空气层。由于雨水和灰尘对于荷叶叶面上的这些微结构来说,无异于庞然大物,于是,当雨水和灰尘降落时,隔着一层纳米空气,它们只能同“小山包”上的“碉堡”凸顶构成几个点的接触,无法进一步“入侵”。水形成水珠,滚动着洗去了叶面的尘埃。荷叶的这种纳米级的超微结构,不仅有利于它自洁,还有利于防止空气中飘浮的大量的各种有害细菌和真菌对它的侵害! 对于这方面我从一些文献中找出了一点将荷叶的功能应用的实际的列子——德国Sto 上市公司下属ISPO 公司,根据荷叶效应机理和硅树脂外墙涂料的实际应用结果,经过3 年研究工作,成功地把荷叶效应移植到外墙乳胶漆中,开发了微结构有机硅乳胶漆,即荷叶效应乳胶漆。这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质,并形成一个纳米级显微结构,从而使其涂膜具有类似荷花叶子的表面结构,达到拒水保洁功能 但是荷叶的防水防尘功能是有限的,我们需要做的就是从荷叶的结构方面进行改进,用高分子技术做出更加全面的防水防尘材料!荷叶只是一个列子,只是给我们一个启发。真正要研究的是高分子的结构和结构所表现出来的功能! 1防水方面 世界各地对高分子的研究都是积极的。以前用于防水的材料主要是沥青和砂浆虽然这2种方法能起到防水作用但是作用远远没有高分子的作用好台湾一流的防水中心{张百兴张凯然}在土木建筑工程中使用了一种新型的施工方法——高分子涂膜防水!

高分子材料按应用分类

高分子材料按应用分类 高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、、高分子涂料和高分子基复合材料等。①橡胶是一类线型柔性。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和两种。②高分子纤维分为天然和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。③塑料是以合成树脂或的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和。④高分子胶粘剂是以合成为主体制成的。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为涂料、天然树脂涂料和。⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。⑦。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外,还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子和医用、等。高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类高聚物之间并无严格的界限,同一高聚物,采用不同的合成方法和成型工艺,可以制成塑料,也可制成纤维,比如尼龙就是如此。而一类的高聚物,在室温下既有玻璃态性质,又有很好的弹性,所以很难说它是橡胶还是塑料。 按高分子主链结构分类 ①碳链高分子:分子主链由C原子组成,如:PP、PE、PVC②杂链高聚物:分子主链由C、O、N等原子构成。如:聚、聚酯③元素有机高聚物:分子主链不含C原子,仅由一些杂原子组成的高分子。如:硅橡胶 新型高分子材料 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、和涂料等。其中,被称为现代高分子的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。尽管高分子材料因普遍具有许多金属和所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。 高分子分离膜 是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或差为动力,使混合物、液体混合物或、无机物的等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用交换膜电解可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用从中富集氧可大大提高回收率等。

高分子发光材料

高分子发光材料 有机发光材料与无机发光材料相比,以其易合成、易加工、成本低、质轻、发光颜色全等特点越来越受到关注。近几年以有机发光材料制备的发光器件已临近应用阶段,成为当前流行的液晶显示器件的强力竞争对手。目前研究比较活跃的有聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚芴【7】等。 2.1高分子光致发光材料 2.1.1简介 高分子光致发光材料是将荧光物质(芳香稠环、电荷转移络合物或金属)引入高分子骨架的功能高分子材料。高分子光致发材料均为含有共轭结构的高聚物材料。 2.1.2发光机理 高分子在受到可见光、紫外光、X一射线等照射后吸收光能,高分子电子壳层内的电子向较高能级跃迁或电子基体完全脱离,形成空穴和电子.空穴可能沿高分子移动,并被束缚在各个发光中心上,辐射是由于电子返回较低能量级或电子和空穴在结合所致。高分子把吸收的大部分能量以辐射的形式耗散,从而可以产生发光现象[8]。 2.1.3分类 按照引入荧光物质而分为三类 2.1.3.1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,如图1。 图1 芘的衍生物 2.1.3.2共轭结构的分子内电荷转移化合物有以下几类 2.1. 3.2.1两个苯环之间以一C=C一相连的共轭结构的衍生物[9]如图2。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。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染料着色。 图2 共轭结构的衍生物 2 .1.3.2 .2香豆素衍生物[10-12]如图3。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,已用作有机电致发光材料。但是,香豆索类衍 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,故常以混合掺杂形式使用。 图3 香豆素衍生物 2.1.3.3高分子金属配合物发光材料,许多配体分子在自由状态下并不发光,但与金属离子形成配合物后却能转变成强的发光物质。8一羟基喹啉与Al、Be、Ga、In、Sc、Yb、Zn、Zr等金属离子形成发光配合物[13]。 2.1.3.3.1掺杂 目前,掺杂小分子的高分光致发光材料被广泛应用于PELD中。常见用于掺杂的小分子有:发蓝光的吡唑磷衍生物、发黄光的萘酰亚胺衍生物以及发红光的DCM 等。把有机小分子稀土络合物通过溶剂溶解或熔融共混的方式掺杂到高分子体系中,一方面可以提高络合物稳定性.另一方面可以改善稀土的荧光性能。 2.1.3.3.2化学键合法 汪联辉等人先后研究了烷氧基钕,烷氧基钐单体与甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等共聚及其荧光性质。发现在共聚物中三价钕离子的荧光特性受其基质影响很小,且其荧光强度随钕含量增加而线性增大,在钕含量高达8%时仍未出现荧光浓度淬灭现象。 2.2电致发光高分子材料 2.2.1简介 有机半导体的电致发光现象早就被人们所熟知。电致发光高分子材料是指电流通过材料时能导致发光现象的一类功能材料。目前,有机高分子电致发光器件(PLED)材料以其独特的光电性能和易加工性吸引了众多学者的研究兴趣。 2.2.2发光机理 与光致发光的电子跃迁机理不同,电致发光是通过正负电极向发光层的最高占有轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)分别注入空穴和电子,这些在电极附近生成的空

高中化学选修5之知识讲解_应用广泛的高分子材料 功能高分子材料_基础-

应用广泛的高分子材料 功能高分子材料 【学习目标】 1、了解常见功能高分子材料的成分及优异性能,了解“三大合成材料”的结构、性能和用途; 2、了解功能高分子材料在人类生产、生活中的重要应用,了解治理“白色污染”的途径和方法; 3、了解各类功能高分子材料的优异性能及其在高科技领域中的应用; 4、以合成高分子化合物的背景,了解有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。 合成材料品种很多,按用途和性能可分为合成高分子材料(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等);功能高分子材料(包括高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)和复合材料。其中,被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最广泛。 【要点梳理】 要点一、塑料【应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#应用广泛的高分子材料 功能高分子材料】 1.塑料的成分。 塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂。在塑料的组成中除了合成树脂外,还有根据需要加入的具有某些特定用途的加工助剂以改进其性能。如,提高柔韧性的增塑剂,改进耐热性的热稳定剂,防止塑料老化的防老化剂,赋予塑料颜色的着色剂等。 3.几种重要的塑料的性质。 (1)聚乙烯塑料的性质。 ①聚乙烯塑料无嗅、无毒、具有优良的耐低温性能,最低使用温度可达- 100℃;化学稳定性好,能耐大多数酸、碱的腐蚀;常温下不溶于一般溶剂,吸水性小;电绝缘性能优良。 ②聚乙烯塑料品种很多,应用广泛,主要有:薄膜(低密度聚乙烯,有良好的透明度和一定的抗拉强度)用于各种食品、医药、衣物、化肥等的包装;中空制品(高密度聚乙烯,强度较高)用于塑制各种瓶、桶、罐、槽等容器;管板材(高密度聚乙烯)用于铺设地下管道和建筑材料;纤维(线型低密度聚乙烯)用于生产渔网绳索;包覆材料,用做包覆电缆、电线的高频绝缘材料。 (2)酚醛树脂。 ①酚醛树脂是用酚类(如苯酚)与醛类(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。 ②酚醛树脂属于热固性塑料,体型酚醛树脂受热后都不能软化或熔融,也不溶于任何溶剂。 ③酚醛树脂主要用做绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。 要点二、合成纤维【应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纤维】 1.化学纤维是人造纤维和合成纤维的统称。 天然纤维:如棉花、羊毛、麻等 化学纤维: 人造纤维:如黏胶纤维 合成纤维:如“六大纶”、光导纤维等 纤维

功能高分子材料论文

生物医用高分子材料 摘要:简述了对功能高分子材料的认识,功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类,接着重点写生物医用高分子的发展前景和趋势,对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词:功能高分子材料,生物医用高分子材料。 功能高分子材料 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来,功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上,其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50% 所谓功能性高分子材料,一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料,但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括,不一定很确切,较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出,这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多,而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。 功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类: (1)分离材料和化学功能材料;(2)电磁功能高分子材料;(3)光功能高分子材料;(4)生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。 随着时代的发展,在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料,经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求,我们也把它归属于功能性高分子材料。 一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求: 1、化学稳定性好,在人体接触部分不能发生影响而变化; 2、组织相容性好,在人体内不发生炎症和排异反应; 3、不会致癌变;

光功能高分子材料的研究发展及应用

光功能高分子材料的研究发展及应用 吴俊杰 化工081班 前言:光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分,近年来随着现代科学技术的进展,光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位,光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速进展之中,光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸取、储存、转换的一类高分子材料。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂:要紧包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳固剂:要紧包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳固剂等。 光致变色高分子材料:要紧包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料:由光导电聚合物材料构成。

2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的进展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,进展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸取、储存、转换.塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一样以有机玻璃为芯材,以含氟透亮树脂为皮层,用柔软的有机硅树脂进行一次包覆,然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透亮树脂、有机硅树脂差不多上高分子材料,芯材有高折光率,皮层为低折光率材料。光纤的直径范畴为几十到约1000微米,光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输,由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高,要紧应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外,还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来,对有机玻璃采纳重氢化技术,已使塑料光纤的传输损耗有所降低,为较长距离应用制造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透亮塑料的高分子材料为基材制成的光盘,是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件,适应了激光技术的进展和对大容量、高信息密

谈谈高分子材料在现代生活中的应用

谈谈高分子材料在现代生活中的应用 高分子材料是以高分子化合物为基础的材料,由相对分子质量较高的化合物构成。高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成,高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外,还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态,所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构,也称一级结构,包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态,链的柔顺性以及分子在环境中的构象,也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的部结构,包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况,统称为三级结构。 一高分子材料在生活中的应用简介 高分子按来源分为天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础,我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的,如天然橡胶、棉花、人体器官等。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成

织物,用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料;高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外,还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等 一般将高分子材料按特性分为五类,即橡胶、纤维、塑料、胶粘剂、涂料。 橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状,有天然橡胶和合成橡胶两种。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯;合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。天然橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点,广泛地运用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面,如交通运输上用的各种轮胎;工业上用的运输带、传动带、各种密封圈;医用的手套、输血管;日常生活中所用的胶鞋、雨衣、

功能高分子材料发展现状和应用

功能高分子材料发展的现状和应用 专业:班级:姓名:谢璐怡 发展现状: l功能高分子材料简介 功能高分子是在6O年代末迅速发展起来的新型高分子材料。早在3O年代属于功能高分子的离子交换树脂和感光树脂就逐步得到了应用,但功能高分子作为独立的一类材料受到科学界、产业部门和政府的高度重视是最近2O多年的事。功能高分子的内容丰富、品种繁多、发展迅速,已成为新技术革命必不可少的关键材料+并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。 1.1功能高分子材料的定义 一般说来,性能是指材料对外部作用的表征与抵抗特性,而功能则是外部作用引起材料内部变化而产生的输出特性,因而我们可定义为:对物质、能量和信息具有传输、转换或贮存作用的高分子及其复合材料称为功能高分子材料+通常也可简称为功能高分子,有时也称为精细高分子或特种高分子(包括高性能高分子)。 1.2功能高分子的分类 功能高分子从制造和结构的角度可分为两类:一类是高分子本身具有特殊功能作用的结构型功能高分子;另一类是高分子本身不具有功能作用+而仅仅作为基体或载体与其他功能材料进行复合而制成的复合型功能高分子材 料按照功能特性通常可分成:光、电、磁、热、力、声、化学和生物等八大类1.3功能高分子的特点 功能高分子之所以发展迅速,是因为除了具有重量轻、易加工、可大面积成膜、原材料来源广泛等优点之外,还具有如下特点: ①涉及面广; ②技术密集,附加值高; ③开发难度大+周期长,竞争激烈; ④专用性强,品种多,产量小,价格贵。 2国内外功能高分子发展撅况与趋势 功能高分子在新材料领域中占有重要的地位,据日本通产省产业结构研究会估计,到本世纪末,日本功能高分子材料的市场将达到2万亿日元,占整个新材料市场的1/5,比1 987年增长2,6倍,比1981年增长1O倍。功能高分子近2O 年的年均增长率达到1O%以上自1935年合成离子交换付脂以来,高分子的各种特殊性能不断被发现,50年代初美国开发的感光树脂印刷板,1957年发现聚乙烯基咔唑的光电导性,1966年塑料光导纤维问世,同年Little提出了超导高分子模型,随后1975年发现聚氮化硫的超导性,80年代,高分子传感器,人工脏器,分离膜技术得到快速发展,1991年发现尼龙l1的铁电性,l994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室后院启用这切反映了功能高分子发展的13新月异。 在世界各国功能高分子的发展中,13本处于领先地位,形成了“官产学”的联合体制,从规划、立题到应用开发都作了周密的部署。日本高分子学会进行了21世纪高分子科学和技术的咨询调查,对50个重要课题进行了评价,其中涉及生物高分子和功能高分子的26个课题预计将在本世纪末至下世纪初完成。

化学与生活《几种高分子材料的应用》教案2(鲁科版选修1)

课题5 几种高分子材料的应用 教学目标 1.了解几种高分子材料的成分及特点。 2.学会根据不同材料的特性区别不同物质的组成。 3.联系实际,根据生活中的应用,认识到高分子材料的发展趋势及前景。 教学重点: 1.了解几种高分子材料的成分及特点 2.学会根据不同材料的特性区别不同物质的组成。 联想.质疑: 有些优质的滑雪板的表面贴一层非常光滑的薄膜,这种薄膜是由一种高分子材料制成的,可以大大提高滑雪速度;另外,如果用这种材料制作水龙头的垫片,密闭性好,经久耐用;电缆电线的绝缘层、电热毯中间的发热层常用它作为绝缘材料;化工生产也会用它来保护设备不受酸碱的侵蚀…你知道这是一种什么材料吗? 一、聚四氟乙烯 阅读思考:聚四氟乙烯的成分?性能?用途? 1、成分:-[CF2-CF2]n- 2、制备:反应类型----加聚反应 3、性能: ①具有特殊的化学稳定性:耐酸碱、耐高低温、绝缘性、防水性 ②摩擦系数小,极其光滑。 4、用途:广泛应用于化学化工、机械、电器、建筑、医疗等领域 二、耐磨鞋底和轮胎 阅读思考:橡胶的分类?各种橡胶的成分、性能及用途? 1、橡胶的分类:天然橡胶和合成橡胶 2、丁苯橡胶 ①成分

②制备 单体:CH2=CH—CH=CH2 ③性能:兼有橡胶和塑料的性能 ④用途:广泛用于制鞋、沥青改性、塑料改性和黏合剂行业等 3、丁顺橡胶 性能:耐磨、弹性、耐低温、耐热等 4、丁基橡胶 单体:异丁烯和少量异戊二烯 性能:气密性好、耐热、耐老化 用途:做汽车内胎、探空气球、无内胎轮胎 5、乙丙橡胶 成分:乙烯和丙稀 制备 单体:乙烯、丙烯 性能:柔韧性好 用途:制造汽车或建筑门窗的密封胶条 三、“尿不湿”与荒漠绿化 活动探究: (1)取一片纸尿片,用天平称量它的质量,使其充分吸水后再称其质量,计算单位质量纸尿片的最大吸水量。 (2)用同样的方法测定其它材料的吸水能力,与纸尿片进行比较。 (3)把充分吸水的几种材料放到窗口通风处,每隔一段时间后称其质量,比较哪种材料更易失水. 1、“尿不湿”原理 尿不湿既能吸水又能保水的原因是:“尿不湿”中添加了一种高吸水树脂。高吸水树脂是含

医用高分子材料的应用(精)

医用高分子材料的应用 1概述 医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的合成高分子材料,可以利用聚合的方法进行制备,是生物医用材料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质,以满足不同的需求,耐生物老化,作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能,易加工成型,原料易得,便于消毒灭菌,因此受到人们普遍关注,已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种,近年来发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的有90多个品种,西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%~20%的速度增长。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求,我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。 2种类和应用 2.1与血液接触的高分子材料 与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料,要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性,即在材料表面不产生血栓、不引起血小板变形,不发生以生物材料为中心的感染。此外,还要求它具有与人体血管相似的弹性和延展性以及良好的耐疲劳性等。人工血管用材料有尼龙、聚酯、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨酯等。人工心脏材料多用聚醚氨酯和硅橡胶等。人工肺则多用聚四氟乙烯、硅橡胶、超薄聚(涂在多孔PP膜上)、超薄乙基纤维(涂在PE无纺布或多孔PP膜上)等材料。人工肾用材料除要求具备良好的血液相容性外,还要求材料具有足够的湿态强度、有适宜的超滤渗透性等,可充当这一使命的材料有乙酸纤维素、铜氨再生纤维素、尼龙、聚砜及聚醚砜等。 2.2组织工程用高分子材料 组织工程学是近十年来新兴的一门交叉学科,它是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构-功能关系,以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学。细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究,使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。生物相容性材料的开发是组织工程核心技术之一。组

光致发光高分子材料

光致发光高分子材料 摘要:稀土高分子发光材料由于兼具稀土离子发光强度高、色纯度高和高分子材料优良的加工成型性能等优点而倍受瞩目。本文就稀土光致发光材料进行了分类,对其发光特性作了简要介绍,综述了其开发与应用的历史与现状,并介绍了其目前在各个领域的应用产品。 关键词:稀土;高分子;光致发光材料;长余辉材料 1前言 光致发光材料又称超余辉的蓄光材料。长余辉光致发光材料是吸收光能后进行蓄光而后发光的物质。它是一种性能优良,无需任何电源就能自行发光的材料。可利用其制成各种危险标识、警告牌;做成各种安全、逃生标志;在应付突发事件、事故中可发挥巨大的作用。在发生突发事故时,电源往往被切断,这使得许多依靠电源发光照明的安全标志失去了作用,而采用长余辉发光材料的安全标志此时将发挥其特殊的作用。因此长余辉光致发光材料的研究,具有重要的科学意义和实用性[1]。现在我们已开发出很多实用的发光材料。在这些发光材料中,稀土元素起的作用非常大[2,3]根据激发源的不同,稀土发光材料可分为光致发光材料、阴极射线(CRT)发光材料、X射线发光材料以及电致发光材料[4]。本文主要介绍光致发光材料. 2光致发光材料的发光原理[5] 发光材料被外加能量(光能)照射激发后,能量可以直接被发光中心吸收(激活剂或杂质),也可被发光材料的基质吸收。在第一种情况下,吸收或伴有激活剂电子壳层内的电子向较高能级的跃迁或电子与激活剂完全脱离及激活剂跃迁到离化态(形成“空穴”)。在第二种情况下,基质吸收能量时,在基质中形成空穴和电子,空穴可能沿晶体移动,并被束缚在各个发光中心上,辐射是由于电子返回到较低(初始)能量级或电子和离子中心(空穴)再结合(复合)所致。即当外加能量(光能)的粒子与发光基质的原子发生碰撞而引起它们激发电离。电离出来的自由电子具有一定的能量,又可引起其他原子的激发电离,当激发态或电离态的原子重新回到稳定态时,就引起发光[6]。发光基质将所吸收的能量转换为光辐射,这

2020高中化学 应用广泛的高分子材料 功能高分子材料(提高)知识讲解学案 新人教版选修5

应用广泛的高分子材料 功能高分子材料 【学习目标】 1、了解常见功能高分子材料的成分及优异性能,了解“三大合成材料”的结构、性能和用途; 2、了解功能高分子材料在人类生产、生活中的重要应用,了解治理“白色污染”的途径和方法; 3、了解各类功能高分子材料的优异性能及其在高科技领域中的应用; 4、以合成高分子化合物的背景,了解有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。 合成材料品种很多,按用途和性能可分为合成高分子材料(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等);功能高分子材料(包括高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)和复合材料。其中,被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最广泛。 【要点梳理】 要点一、塑料【高清课堂:应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#应用广泛的高分子材料 功能高分子材料】 1.塑料的成分。 塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂。在塑料的组成中除了合成树脂外,还有根据需要加入的具有某些特定用途的加工助剂以改进其性能。如,提高柔韧性的增塑剂,改进耐热性的热稳定剂,防止塑料老化的防老化剂,赋予塑料颜色的着色剂等。 2.塑料的种类。 3.几种重要的塑料的性质。 (1)聚乙烯塑料的性质。 ①聚乙烯塑料无嗅、无毒、具有优良的耐低温性能,最低使用温度可达-100℃;化学稳定性好,能耐大多数酸、碱的腐蚀;常温下不溶于一般溶剂,吸水性小;电绝缘性能优良。 ②聚乙烯塑料品种很多,应用广泛,主要有:薄膜(低密度聚乙烯,有良好的透明度和一定的抗拉强度)用于各种食品、医药、衣物、化肥等的包装;中空制品(高密度聚乙烯,强度较高)用于塑制各种瓶、桶、罐、槽等容器;管板材(高密度聚乙烯)用于铺设地下管道和建筑材料;纤维(线型低密度聚乙烯)用于生产渔网绳索;包覆材料,用做包覆电缆、电线的高频绝缘材料。 (2)酚醛树脂。 ①酚醛树脂是用酚类(如苯酚)与醛类(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。 ②酚醛树脂属于热固性塑料,体型酚醛树脂受热后都不能软化或熔融,也不溶于任何溶剂。 ③酚醛树脂主要用做绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。 要点二、合成纤维【高清课堂:应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纤维】 1.化学纤维是人造纤维和合成纤维的统称。 天然纤维:如棉花、羊毛、麻等 化学纤维: 人造纤维:如黏胶纤维 合成纤维:如“六大纶”、光导纤维等 纤维

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