有机功能材料讲义
有机功能材料 第一章 绪论
1.1 材料的分类
1.2 本课程内容
本课程以小分子有机功能材料为主，涉及部分高分子功能材料，功能主要以物理功能中的光、电、磁性能。
有机功能材料是一门新兴学科，属高技术材料。 本课程的具体内容如下：
第二章：有机导体及超导体，（10学时），参考书：合成金属导论、功能高分子材料。
本章内容包括：有机导体的基本概念、导电机理、导电化合物的合成、性质、有机超导体以及有机导体的应用前景及在高技术发展中的潜在作用。
有机导体主要介绍两类化合物。
金属材料
有机非金属
小分子功能材料
高分子功能材料 无机功能材料无机非金属
大共轭体系化合物（如聚乙炔等）。
电荷转移络合物（CT盐charge transfer salt）
课程重点为CT盐，内容包括CT盐的分子结构，常见供体和受体，CT盐的合成方法。
另外，本章还简要介绍有机超导体和有机光导体。
第三章，有机光电材料。（14学时）。
参考书：光化学基本原理与光子学材料科学、功能高分子材料、本章主要介绍三个方面，光致变色材料、电致发光材料、非线性光学材料。
1 光致变色材料，主要介绍光致变色的原理、光化学反应基本概念、重要光致变色材料的结构及合成方法、光致变色材料研究现状，光致变色材料应用。
2 电致发光材料，主要介绍电致发光机理、材料的结构特征、合成、研究现状及应用。
3 有机非线性光学材料：非线性光学的基本概念，非线性光学材料的特征、有机非线性光学材料的分类及结构特征、研究现状及应用前景。
第四章：液晶材料（8学时）
参考书：液晶化学
介绍液晶材料的定义、分类、结构特征及用途、液晶材料的合成方法、超分子液晶及其与生命科学的联系。
第五章：有机铁磁体（4学时）
参考书：有机固体 本章包括三个部分内容： 1 铁磁体的基本概念。 2 有机铁磁体的理论模型。 3 典型有机铁磁体及应用前景。
第二章 有机导体及超导体
讨论题：1 金属与有机化合物的电子结构区别 2 各种不同导体的导电机理 3 微观粒子量子化条件 *一维势箱中粒子的能量：
m l
h
n E 82= ml h n ml h n n E 8)12(8])1[(22+=-+=? 电子衍射
光的衍射0
=?∞→E l
2.1 基本理论 2.1.1导体与绝缘体
在外电场作用下，载荷子可以定向移动的物体称为导体。 载荷子（载流子）：电子、空穴、正负离子等。
常见的导体有金属、电解质溶液、熔盐、我们将要学习的是有机导体。
常见金属的电导率σ 银：6.3×105 S ?cm -1 铜：5.9×105 S ?cm -1
铝：2.5×105 S ?cm -1 铁：1.0×105 S ?cm -1
常见电解质溶液电导率 （0.1mol ）
NaCl 1.06 S ?cm -1 KCl 1.29 S ?cm -1 HCl 3.9 S ?cm -1 CuSO 4 0.5 S ?cm -1 HAc 0.73 S ?cm -1 有机化合物的电导率： 聚乙炔 10-5 S ?cm -1
Br
1 S cm -1
-
Perylene
10-8 S cm -1
-
O
Cl Cl
Cl Cl
Cloranil quinone 四氯苯醌
NC
CN
CN NC
S S
S
S 500 S cm -1
Tetrathiafulvalene(TTF); 7,7,8,8-tetracyam-p-quinodimethane （TCNQ ） 四硫代富瓦烯; 7,7,8,8-四氰基-对-苯醌二甲烷
根据一般定义，当物体的σ<10-14 S?cm -1，称为绝缘体。σ>1 S?cm -1
为导体，其余为半导体。
2.1.2 金属与有机化合物的电子结构区别
一般概念：金属是导体，可以导电，有机化合物不导电，是绝缘体，如何从化学理论来解释这个现象呢？
首先，我们从金属和有机化合物的化学键来看：
金属键，三维离域。
共价键，共用电子对，电子定域。
离子键，电子被束缚在负离子上，不能自由移动。
导电的前提，载流子在外电场作用下自由流动。
2.1.3 各种导体的导电机理
①金属，自由电子理论，价电子在晶体内部自由运动，具有理想气体的性质，电子在均匀的势场中运动，在外电场作用下，电子产生定向流动，产生电流。电导率的大小与电子自由运动的难易有关。
由于电子的自由运动，使得热可以快速传导，因此，金属的电导率和热导率有着相同的趋势。
缺点：模型过于简单，不能解释电导率随温度升高降低的事实，金属中的电子实际上处于周期势场中，考虑到电子在周期势场中运动，用量子力学方法处理金属体系中的电子就得到能带理论。
能带理论，金属晶体中的电子处于分立的能带中，能带之中的电子变换能级所需能量较小，能带之间的电子流动是禁止的需较大的能量使电子发生跃迁。
导带（价带）
禁带空带E
满带
导带满带
半满带
无禁带或禁带宽度小
二能带重叠
以上能带型式为导体
本征半导体
N 型半导体
P 型半导体绝缘体
A
D
由于金属晶体中原子核的振动限制了电子的运动，致使金属电子间的能级差增大，导电性下降，温度越高，振动幅度越大，电阻越大。相反，电阻越小。
② 电解质溶液
载流子为正负离子，包括电极反应、熔盐也有相同的机理。 温度效应：温度升高，电导率增加，为什么？ ③ 高分子导体 (共轭，分子轨道理论) 2.2 高分子导体及导电机理 2.2.1 高分子导体简介
1975年科学家发现，聚乙炔的电导率为10-5 S?cm -1。进一步的研究发现，聚乙炔的两种异构体电导率不同。
反式聚乙炔，σ=10-5 S ?cm -1 顺式聚乙炔，σ=10-9 S ?cm -1
经过掺杂以后，电导率可大幅度提高，例如掺I 2可使顺式聚乙炔
的σ达到103 S?cm -1，反式聚乙炔的σ达到105 S?cm -1，研究还发现，除聚乙炔外，还有很多高分子化合物也具有导电性，下面是常见的一些高分子导体。
N H
n
S
n
n
CH
聚吡咯聚苯
聚噻吩
聚苯乙烯
高分子导体的本征电导率随温度升高而升高，
掺杂后，电导率增加，但与温度一般仍为正相关。
聚乙炔掺I 2时， 随温度变化σ
高分子导体掺杂是重要的制备过程，一般掺杂量较大而且大多用氧化还原的方式进行。
2.2.2 高分子导体的导电机理
1 分子轨道理论（复习），乙烯（185 nm ）、丁二烯（217nm ）、已三烯（247nm ）、辛四烯（277nm ）等的分子轨道。
共轭多烯分子轨道：
乙烯丁二烯胡萝卜素
=185 nm=214 nm=454 nm
λλλ
分子轨道处理的结果表明，共轭体系越大，HOMO与LUMO之间的能级差越小，电子发生跃迁的机会增加，电导率增大。
分子轨道与能带理论的比较：成键轨道的集合相当于价带，反键轨道的集合相当于空带，HOMO与LUMO之间的能级差相当于禁带（禁带宽度），当共轭体系无限增加时，轨道间的能级差趋于0。
由于有机化合物的电子是相互配对的，所以价带总是满带，必须发生跃迁才能导电，所以，高分子导体的电导率随温度的增加而增加。
讨论题：微观粒子的量子化条件。
2.2.3 高分子导体的各向异性
从高分子导体的分子结构就能看出其各向异性，电子只能在分子长轴的方向运动，而横向运动需要较大的能量，因而传递比较困难。
聚苯胺薄膜拉伸4倍时，在拉伸方向的电导率由30S?cm-1的增加到500 scm-1，而横向电导率基本不变，拉伸使高分子的聚集状态发生了变化，因而改变了其电导率。
拉伸
思考题：金属与有机化合物在拉伸强度、硬度等强度性质上有很
大区别，为什么？
电子必须在分子间传递才能形成电流，所以，高分子导体必须克服分子间的位垒，就是所谓的接触电阻（实际上，金属也存在），接触电阻也是高分子导体具有半导体导电性能的原因之一。用一种叫作电压短路法的处理方法，可以消除这种接触电阻，使高分子导体具有金属导电性，现在已经在实验室中制得了具有金属导电性的聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等导电高聚物。
2.3电荷转移化合物及其特性（charge transfer complexes）
基本概念：电子供体（Donor），电子受体（Acceptor），开壳层（价电子层部分填充）、闭壳层（价电子层全部填充）。
CT盐：由有机物离子（开壳层）与无机物离子（闭壳层）构成的化合物。
CT络合物：全部由有机物离子构成的化合物。
2.3.1 导电CT化合物发展史
第一个导体的CT化合物是1954年由一个日本学者发现的，它是一个CT盐，是和Br-组成的盐，它的室温电导率σ=1S?cm-1, 这一工作发表在英国著名刊物Nature上，但并未引起人们注意。
Br
1960年，Melby合成了TCNQ的盐，这是第一个用于导电CT 化合物的电子受体。
NC CN
NC
CN
在后来的一段时间里，人们合成了一系列TCNQ的盐，它们都是半导体。
1970年，四硫代富瓦烯（TTF）被合成出来，这是第一个含硫的供体，打破了硫作为绝缘体的常规，TTF与Cl-的盐，σ=0.2S?cm-1 S
S
S S
1973年，Ferraris等人合成了TTF与TCNQ的CT络合物，发现其σ达到500S?cm-1，且具有负的温度系数，也就是说，具有金属性。这一现象引起了学术界的极大重视，从此开始了有机导体的研究热潮。
由于这些化合物具有金属性，因而被命名为合成金属Synthetic metals，美国化学会还专门出版了一本杂志名为Synthetic metals,专门发表此领域的研究工作。
2.3.2 CT化合物的导电机理及特性
TTF与TCNQ组成的CT络合物的电导率与温度的关系如图所示，58K以上，CT络合物呈金属性, 室温电导500S?cm-1。58K以下，呈半导体性,电导率随温度降低急剧下降，到53K变为绝缘体，此点称为M—I转化点。
500 S cm
-1
T
58K
晶体结构研究结果表明，由TTF 和TCNQ 组成的络合物的晶体结构呈双柱形排列，TTF 和TCNQ 各自沿自己的平面堆积，形成柱状排列。
+
+--TTF
TCNQ
进一步的研究结果表明，分立的柱状排列是CT 化合物具有导电性的必要条件。
D +
A -D +A -D +A -D
+D
+
A -D +A -D +A -D +
A
-
A -A -D +D +D +
A
-
D A D A -D A -D +
A
A A -D +D +D +A -绝缘体
半导体
导体
第一种排列类似于离子晶体，电子和空穴位置固定，不导电；第二种排列，柱间分子间排斥较大，分子之间距离大，不能形成有效的导带，为半导体，（需加温激发电子脱离分子）；第三种排列由于分子间的作用形成了所谓的超分子轨道。
问题 高分子导体的导电机理 CT 化合物的导电机理
TTF晶体中S原子间的距离为3.62 ?，而在导电络合物中，S原子间的距离为3.47 ?，这些数据说明，在平面分子相互作用下，π电子云发生了一定程度的重叠，使得电子可以在平面间发生传递另外，由于电荷转移，使Donor中产生了空穴，价带由原来的满带变成了不满带；在Acceptor中的反键轨道中接受了部分电子，原来的空带也变成了不满带。
问题：CT络合物的这种电子转移与离子化合物有何不同？
CT络合物中这种电子转移与离子晶体中的电荷转移不同，在离子晶体中，电荷转移的结果是使正负离子分别都达到8偶稳定状态，形成稳定的闭壳层，价带由原来的满带和空带变成了导带。
在CT络合物的导电过程中，层状排列，电子云重叠是必要的条件，只有这样，电子才可以在分子间传递。如果没有轨道重叠，分子轨道间是独立的，不能有效地形成能带，电子从一个分子流向另一个分子要克服分子轨道的束缚，所以，不能导电。
问题：如何用上述导电机理解释CT络合物的电导率与温度关系？
用这个导电模型可以很好地解释CT络全物电导率与温度之间的关系，当温度降低时分子晶格的振动也随之降低，有利于分子间轨道重叠，使电导率升高，当温度降低到一定程度时，D—A的电子跃迁停止，CT络合物迅速转化为绝缘体，这就是CT络合物存在M—I 转化点的原因。
*物质为什么导热率与导电率有相同的增长趋势？
平面分子间的超分子轨道对CT 络合物的导电性有重要的影响，因而凡能影响超分子轨道形成的因素都可影响CT 络合物的电导率，显然，加压可使分子间的距离缩小，增加平面分子轨道间的重叠。
HMTSF-DMTCNQ 在104大气压下σ=104 S ?cm -1.
Se
Se Se
Se
NC
CN
NC
CN .
CH 3
H 3C
(TMTSF)2?PF 6在1.2×104大气压下, 0.9K 时表现为超导体。
H 3C H 3C
Se
Se Se
Se CH 3CH 3
.PF 6
2.3.3 CT 化合物结构因素
并非所有的CT 化合物都有导电性，而且，结构、组成不同的导电CT 化合物的电导率也有非常大的差异。
1 根据CT 化合物的导电机理，平面共轭体系是具有导电性的必要条件，因为平面共轭体系有利于分子堆积、分子轨道的重叠以及电荷的分散。
2 能给出电子的杂原子存在也是必要条件。
S
S
S
S （TTF ），杂
原子的电负性必须合适，在O 族元素中，O 的电负性较大，因而四氧代富瓦烯是不导电的，不能作为Donor 。硫原子结构决定其给出电子能力较强，且S 的正价化合物更稳定，从这一观点出发，人们考虑如果用Se 、Te 来取代S ，可以得到给电子能力更强的Donor 。原来的
研究结果证实这种想法是正确的。
人们很快合成了四硒代富瓦烯与TCNQ 的络合物，它的σ=800 S ?cm -1
T M-I =28 K (TTF-TCNQ 54K) Se Se
Se
Se
TSF
金属性的范围扩大了。
但是，人们在合成四碲代富瓦烯时遇到了阻力，由于该化合物在有机溶剂中溶解性极差，所以一直没能合成出该化合物，直到1988年，才用固相合成法得到了TTeF 并制得了TTeF —TCNQ 的络合物，其σ=2000 S ?cm -1, 证实了给电子能力越强，电导率越高的推论。
对于电子受体，得电子能力大不是影响电导率的决定因素，得电子能力过强，CT 络合物向离子化合物过渡，例如四氟代TCNQ
NC NC
CN
CN F
F
F
F ，由于4个F 原子的强吸电子效应，它与TTF 组成的络合
物σ=5×10-4 S?cm -1比TTF —TCNQ 小106倍。
在TTF 上接适当的取代基，可以增加导电性。例如:
Se
Se Se Se
HMTSF H 3C H 3C
Se
Se Se
Se 3CH 3
TMTSF
都是性能优良的供体，其中HMTSF 与DMTCNQ 在104压力下σ可达104 S?cm -1。TMTSF 与PF 6在0.9 K 时具有超导性，这是第一个常压超导体。
目前对超导体的形成机理还不清楚。
CT 化合物分子特征和聚集特点：
1. 组成CT 化合物的两部分，至少有一方是具有稳定开壳层的平面共轭体系。
2. CT 化合物的晶体中，给体和受体必须是分柱排列。
3. 柱中分子要有较强的分子间作用，分子平面间距离大于化学键，小于范德华距离，分子之间有一定程度的轨道交叠，任何无序因素都将在能带中引入能隙而降低导电率。
4. 给体与受体之间的电荷转移是部分的，不完全的，以保证柱间分子间斥力最小。 2.3.4 CT 化合物导体的分类
1. 供体为金属离子，受体为有机物，例如Li 、Na 、K 、Rb 、Cs 、Ag 等与TCNQ 组成的CT 盐，此类化合物中，供体为闭壳层，受体为开壳层，电导率较低，一般在10-3—10-6 S?cm -1呈正的温度系数，为半导体型（因为供体为金属，此类化合物大多数的受体全部是负离子、无变价、因而导电性不好）。
2 供体为杂环芳香化合物，如吡啶衍生物、喹啉衍生物等，受体为TCNQ 。供体与受体比例为1：2，例如
N
CH 3
H 3C H 3C
CH 3
CH 3CH 3
TCNQ 2
此类CT 盐也有正的温度系数，且斜率较大，电导率可在10-10-10-2 S?cm -1之间变化。
3 由有机供体与无机离子组成，例如 TTF·I 3、(TMTTF)2?Br 等，
此类CT 盐在高温区呈金属性，在低温区呈半导体性。它们的电导率一般在10-2—102 S?cm -1。金属性到半导体性转变的温度范围在150-250K 。
4 (TMTTF)2X 型的CT 盐，受体是无机对称阴离子，其中包括八面体对称的（BF 6—、AsF 6—、SbF 6—、PF 6—）和四面体对称的（BF 4—、ClO 4—、ReO 4—）以及平面对称的NO 3—等。此类CT 盐的电导率一般较高，σ=100-400 S?cm -1。其中(TMTTF)2PF 6在0.9K 时为超导体。
3、4两类CT 盐的区别有两点，①电导率的差异，4>3。②在金属—半导体转点的变化趋势不同，3变化迅速，4变化平稳。
5 TTF ?TCNQ 类，包括TSF 、TTeF 等，此类CT 络合物的电导率σ=102-104 S?cm -1，低温时可达105 S?cm -1，是有机导体研究主要对象。
6 BEDT-TTF 类供体与阴离子受体组成的CT 盐。
S
S
S S S
S S
S BEDT-TTF
如 (BEDT-TTF)2I 3，(BEDT-TTF)2ReO 4，(BEDT-TTF)
2I 2Br 等，它们都是超导体，在温度降到一定温度时，电阻突然消失。Witting 反应机理：
R
C
H
PR R H C PR 3H
R'R 3H
R'R
C H
C H
R'+R 3P
O
2.3.5由C 60组成的超导体（富勒烯）
C 60是由60个C 原子组成的球体，由12个五边形20个六边形
组成的多面体，是一个高不饱和的化合物，C的第四种形态。
C60自然界中存在，也可以用高压放电或等离子来激发石墨棒而获得，碳纳米管。
C60的晶体是面心立方体，每个分子周围有2个四面体空隙，一个八面体空隙，可以允许其它原子进入其中，形成化合物，对C60进行分子轨道计算发现其LUMO是由三个简并轨道组成，也就是说它可以很容易地捕获电子，这样，其反键轨道就成为导带，所以它可以作为电子受体形成CT的。最初被发现的C60CT络合物是K3C60，是1990年由美国贝尔实验室发现的，并发现它是超导体，从此后开始对C60的超导性研究，现在已经得到相变温度45K的超导体，下面是已经发现的由C60与碱金属组成的超导体。K3C6018－19.6，Rb3C60 29.8，K2RbC6021.8-22.6，C S3C6029.5，C S2Rb 31.3，KRb2C60 24.4-28.0，RbTlC6045，C S2Rb 33，R e1.5K1.525.1
有机导体一般是低维的，超导体也是这样，我们发现的三种有机超导体，其中TMTTF的CT盐是一维超导体，BEDT－TTF的CT盐是二维超导体，只有C60是三维超导体，无机陶瓷也是二维超导体。
2.4 有机导体的合成及制备
2.4.1 有机导体的合成
1电子供体的合成，本节主要讨论TTF的合成。
S S S S
a 偶合法
磷试剂偶合：
R 3P 是一个很强的亲核试剂（与R 3N 比较）
S
S
y R R
R 3P (RO)3P
S S
S S
R R
R
R y=O 、S 、Se
反应机理不十分清楚，可能如下 ：
R S
S
R
Y PR R S S R
Y PR 3R S S
R
R
S S R
Y Y PR 3
R S
S
R
Y +-+R S S
R
Y +-PR
3
R S S
R
Y
Y PR 3
S
S
R
R S
S
R Y -Y=PR 3
3
R R
S S
S S R R
Y R R
S S
S S
R R
Y -
+3
S
R R
R R
光还原偶合：
R R S S
S S
Y *
Bu 6Sn 2
S S
S S
R R
R R R
R
S
S
Y SnBu 3R SnBu 3
R
电解偶合法：
R SH SH
R
CH 2O
R S
S
R R S S
R
H R S S
R R
S
S R R S S
R R
S
S
R
H H
S S H base
-2e -2H
用此法不能合成Se 的衍生物 b 非偶合法
SH SH R C C R
Na
S S S R S
2
S -S -22S
R
R S S S
S S Na Na +
副反应生成
S
R
R S S R R S
R R
如果不在酸性条件下，主要生成副产物。
c 衍生物合成
S S
S S S S
S S S S
S S
2S S S S
COOEt
S S CHO
C l
S S
S S
COOH S S
S S
COOCH 3LDA
S S
S S
S S
S S
CH 3LDA: 二异丙胺基锂 DMF: N ’-二甲基甲酰胺 THF: 四氢呋喃
S S
S S
LDA S S
S S
Li +
S S
S S
Li Li +....
2 常见电子受体合成
O
O
CH (CN)CN
NC NC
CN
Knoevenagel 反应
电子功能材料
什么是电子功能材料？定义1：所谓电子功能材料，是以发挥其物理性能（如电、磁、光、声、热等）或物理与物理性能之间、力学与物理性能之间、化学与物理性能之间相互转换的特性为主而主要用于电子信息工 业的材料 定义2：根据在器件中所起的作用，可将电子功能材料定义为：凡具有能量与信息的发射、吸收、转换、传输、存储、控制与处理功能特性之一或者是直接参与保障这些功 能特性顺利发挥而主要用于电子信息工业 的材料。 定义3：具有某种功能效应的材料。功能效应是指材料的光、电、磁、热、声等物理特性以及这些物理特性参量之间的相互耦合（转换）效应。 有哪些电子功能材料？1.按电子材料的用途分类，通常把电子材料分为结构电子材料[能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料]和功能电子材料[指除强度性能外，还有其特殊功能，如能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的材料；在应用中，主要是其功能而不是机械力学性能] 2.按组成分类，从化学作用的角度，可以将电子材料分为无机电子材料[又可分为金属材料（以金属键结合）和非金属材料（硅等元素半导体、金属的氧化物、碳化物、氮化物等，他们以离子键和共价键结合）]和有机（高分子材料）电子材料[主要是由碳、氢、氧、氮、氯、氟等组成的高分子材料，大部分是以共价键和分子键结合] 电子功能材料有些什么作用？ 什么是标量、矢量及二阶张量？它们的下标数、分量数各为多少?无方向的物理量，称为标量（也称零阶张量）。它们完全由给定的某一数值来确定；与方向有关的物理量，称为矢量（也称一阶张量）。它们不仅有大小，而且有一定的方向；n维空间n*n的矩阵即二阶张量。下标数0、1、2.量数1、3、9. 求和规则是什么？根据求和规则如何表示 ∑ = = 3 1 j j ij i E Dε)3,2,1 (= i
实验讲义电工电子学(三)
实验一直流电路 一、实验目的 1．验证叠加原理和戴维南定理的内容,加深理解其内涵。 2．学习使用稳压电源。 3．掌握用数字万用表测量直流电量的方法。 二、相关知识 叠加原理是线性电路中的普遍性原理,它是指当有几个电源同时作用于线性电路时,电路中所产生的电压和电流等于这些电源分别单独作用时在该处所产生的电压和电流的代数和。在分析一个复杂的线性网络时,可以利用叠加原理分别考虑各个电源的影响,从而使问题简化,本实验通过测量各电源的作用来验证该原理。 戴维南定理是指在线性电路中,任何一个有源二端网络总可以看做一个等效电源,等效电源的电动势就等于该网络的开路电压U O，等效电源的内阻R O等于该网络中所有电源置零(电压源短路,电流源开路)后所得无源网络的等效电阻。如图1—1所示有源二端网络图（a）可以由图（b）等效代替。利用戴维南定理可以把复杂电路化简为简单电路,从而使计算简化。 （a）（b） 图1—1 有源二端网络及其等效电路 有源二端网络等效内阻R O的三种测量方法： 1．开路短路法。若图（a）的AB端允许短路，可以测量其短路电流I S，再测AB端的开路电压U O，则等效电阻R O=U O／I S。 2．外特性法。在AB之间接一负载电阻R L如图（a）所示，测绘有源二端网
络的外特性曲线U= f（I），该曲线与坐标轴的交点为U O和I S，则R O=U O／I S。 3．直接测量法。使有源二端网络中的电源置零（电压源短路，电流源开路），用万用表电阻挡直接测量AB端的阻值R O。 三、预习要求 1．复习教材中有关叠加定理和戴维南定理的内容,掌握其基本要点,注意其使用条件。 2．阅读实验指导中有关仪器的使用方法： 3．预习本次实验内容，作好准备工作。 （1）熟悉实验线路和实验步骤。 （2）对数据表格进行简单的计算。 （3）确定仪表量程。 四、实验线路原理图 图1—2 叠加定理实验线路图 图1—3 戴维南定理实验原理图图1—4 戴维南等效电路 五、实验设备
有机光电材料综述
有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、
太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。 2.吸收和发射
实验讲义电子教案
酵母菌的分离鉴定、固定化及酒精发酵 酵母菌（yeast）是一类单细胞真菌。一般呈圆形、卵圆形、圆柱形，其菌落呈乳白色或红色，表面湿润、粘稠，易被挑起。酵母菌多数为腐生，专性或兼性好氧，广泛生长在偏酸性的潮湿的含糖环境中，例如水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。酵母菌在有氧环境下将葡萄糖转化为水和二氧化碳，主要用于馒头、面包等食品发酵；在工业上，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）将葡萄糖、果糖、甘露糖等单糖吸入细胞内，在无氧的条件下，经过体内酶的作用，把单糖分解为二氧化碳和酒精。此作用即酒精发酵。 C6H12O6(葡萄糖)→2 C2H5OH(酒精)+2 CO2↑ 在酿酒酵母酒精发酵的生产和应用中，由于细胞破碎和酶纯化等操作往往导致酶活性和稳定性都受影响，从而降低产酒精效率。而利用细胞固定化可以很好的解决这一问题。微生物细胞固定化方法主要有三种：载体结合法，交联法和包埋法，其中固定包埋法是目前比较理想的方法。包埋法就是将微生物细胞均匀地包埋在多孔的水不溶性的紧密结构中，细胞中的酶处于活化状态，因而活性高，活力耐久。目前，利用聚乙烯醇（PV A）—海藻酸盐是包埋法中比较高效的一种，这种方法以PV A-海藻酸钠作为混合溶胶，将酵母细胞固定起来进行酒精发酵，不仅可以使细胞浓度增加，而且可以多次使用，减少了酵母培养增殖所消耗的糖分；操作简单、过程迅速、颗粒不粘连、颗粒强度大大提高，且增加了颗粒的生物活性和稳定性，因此可实现连续化生产，提高酒精生产效率。 【实验一】 一、酵母菌的分离与培养 一、【实验目的】 学习用选择性培养基分离酵母菌。 二、【实验原理】 大多数酵母菌为腐生，其生活最适pH值为4.5～6，常见于含糖分较高的环境中，例如果园土、菜地土及果皮等植物表面。 酵母菌生长迅速，在液体培养基中比霉菌生长得快。利用酵母菌喜欢酸性环境的特点，用酸性液体培养基获得酵母菌的培养液（这样做的好处是酸性培养条件则可抑制细菌的生长），然后在固体培养基上用划线法分离纯化出酵母菌。 三、【实验仪器和材料】 1、实验材料：成熟葡萄 试剂：0.1%吕氏(Loeffier)美蓝染液 配制方法：A 液：美蓝(methylene blue, 又名甲烯蓝)0.3 g, 95%乙醇30 ml； B 液：0.0l% KOH l00ml。 混合A 液和B 液即成，根据需要可配制成稀释美蓝液。 2、培养基： （1）乳酸豆芽葡萄糖培养液（300 ml）：豆芽（60 g）、葡萄糖（6 g）, pH 值4.5。
材料科学与工程基础实验讲义全
华南农业大学材料与能源学院 现代材料科学与工程基础实验讲义 供材料科学专业本科生使用 胡航 2016-02-30
实验一 金属纳米颗粒的化学法制备 一、实验容与目的 1. 了解并掌握金属纳米颗粒的化学法制备过程并制备Au 或Ag 纳米颗粒。 2. 了解金属纳米颗粒的光学特征。 二、实验原理概述 化学制备法是制备金属纳米微粒的一种重要方法，在基础研究和实际应用中被广泛采用。贵金属纳米颗粒的化学法制备主要有溶胶凝胶法、电镀法、氧化还原法等。其中氧化还原法又包括热分解和辐照分解等。贵金属纳米颗粒具有广泛的应用，如生物医学领域的杀菌，物理化学领域的催化等。本实验以金胶为例介绍交替法制备贵金属纳米颗粒，并以硝酸银在烷基胺中的热分解为例介绍表面活性剂中氧化还原法制备贵金属纳米颗粒。 1. 胶体金属（Au 、Ag ）的成核与生长 总的来说，化学法制备金属纳米粒子都是让还原剂提供电子给溶液中带正电荷的金属离子形成金属原子。如，对于制备胶体金，如果采用柠檬酸三钠作为还原剂，其反应过程如下： 2H O -42223222222Δ HAuCl + HOC(CH )(CO )Au +Cl +CO +HCO H+CO(CH )(CO )+......??→粒子 2. 硝酸银热分解法制备银纳米粒子 热分解法制备金属纳米颗粒原理简单，实验过程易操作。对制备数纳米到数十纳米尺寸围的纳米颗粒有较大优势。硝酸银在烷基胺中加热搅拌可形成澄清透明溶液。温度上升到150~200 °C 时，溶液颜色由浅色到深色快速变化，生成的银纳米颗粒被烷基胺包裹，稳定在溶液中。通过对样品洗涤、离心沉淀，可获得烷基胺包裹的银纳米粒子。 三、实验方法与步骤 （一）实验仪器与材料 硝酸银，柠檬酸三钠，油胺或十八胺，十八烯（ODE ），无水乙醇，配有温度调控和磁力搅拌的油浴加热器，三颈瓶，抽气头，滤膜，温度计套管，10 mL 量筒，分析天平，玻璃滴管，离心管，离心机，电热干燥箱 （二）实验方法与操作步骤
有机光电材料研究进展.
有机高分子光电材料 课程编号：5030145 任课教师：李立东 学生姓名：李昊 学生学号：s2******* 时间：2013年10月20日
有机光电材料研究进展 摘要：本文综述了有机光电材料的研究进展，及其在有机发光二极管、有机晶 体管、有机太阳能电池、有机传感器和有机存储器这些领域的应用，还对有机光电材料的未来发展进行了展望。 关键词：有机光电材料；有机发光二极管；有机晶体管；有机太阳能电池；有机传感器；有机存储器 Abstract:This paper reviewed the research progress in organic optoelectronic materials, and its application in fields of organic light emitting diodes(OLED), organic transistors, organic solar cells, organic sensors and organic memories , but also future development of organic photoelectric materials was introduced. Keywords:organic optoelectronic materials; organic light emitting diodes(OLED); organic transistors;organic solar cells; organic sensors; organic memories 0.前言 有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。近几年来，基于有机高分子光电功能材料的研究一直受到科技界的高度关注，已经成为化学与材料学科研究的热点，该方面的研究已成为21世纪化学、材料领域重要研究方向之一，并且取得了一系列重大进展。 1.有机发光二极管 有机电致发光的研究工作始于20 纪60 年代[1]，但直到1987 年柯达公司的邓青云等人采用多层膜结构，才首次得到了高量子效率、高发光效率、高亮度和低驱动电压的有机发光二极管（OLED）[2]。这一突破性进展使OLED 成为发光器件研究的热点。与传统的发光和显示技术相比较，OLED具有低成本、小体积、超轻、超薄、高分辨、高速率、全彩色、宽视角、主动发光、可弯曲、低功
光电子技术实验讲义
《光电了技术实验》 实验讲义 光信息教研室
2012年9月
目录 实验一LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试............. - 2 -实验二光纤数值孔径测量实验................ - 8 - 实验三光源调制与解调实验 (10) 实验四电光调制实验 (15) 实验五声光调制实验 (19) 实验六、APD特性参数的测量 (25)
实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试 、实验目的 1、通过测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线，计算阈 值电流（I th ），掌握LED 发光二极管和LD 半导体激光器的工作特性。 、实验内容 1、测试LD/LED 的功率一电流（P-I ）特性曲线和电压一电流（V-I ）特性曲线。 三、 实验仪器 1、 LD 激光二极管（带尾纤输出， FC 型接口） 1 只 2、 LED 发光二极管 1 只 3、 LD/ LED 电流源 1 台 4、 光功率计 1 台 5、 万用表 1 台 四、 实验原理 激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放 大而产生激光振荡的。激光，其英文 LASER 就是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiatio n （受激辐射的光放大）的缩写。 1、半导体激光器的结构 半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体，由于邻近原子的作用，电子所处的能 态扩展成能级连续分布的能带，如下图（ a ）所示，能量低的能带称为价带，能量高的能带称为 导带，导带底的能量 Eu 和价带顶的能量E 之间的能量差E u E l E g 称为禁带宽度或带隙， 不同的半导体材料有不同的带隙。本征半导体中导带和价带被电子和空穴占据的几率是相同的， N 型半导体导带被电子占据的几率大， P 型半导体价带被空穴占据的几率大。如下图（ b ）、 （c ） 所示。 图1半导体激光器的电子和空穴分布 半导体激光器的结构多种多样，基本结构是下图所示的双异质结平面条形结构。这种结构由 三层不同类型半导体材料构成，中间层通常为厚度为 0.1?0.3卩m 的窄带隙P 型半导体，称为有 源层，作为工作介质，两侧分别为具有较宽带隙的 N 型和P 型半导体，称为限制层。具有不同带 隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结。有源层与右侧的 导带 ? 4 * 4 ? ? ? ? ? ? ?* 带常 Eg 1 E L Q Q O 匚|_ O Q O O o O 卒征半导体 N 型半导体 a b N 层之间形成的是 P--N 异质 P 型半导体
有机光电材料综述
有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述 电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作
工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。
通信电子电路实验讲义完全版
《通信电子电路实验》实验讲义 2012修正 高频电路实验代前言 本实验讲义是为配合清华大学TPE—GP2型高频电路实验学习机专门编写的。多年前，学校电子技术实验室购买了几十台TPE—GP2学习机供学生做高频实验，但是，始终没有与之配套的实验讲义。结合我校实验室现有实验条件和实验教学时间的需要，特地编写《高频电子线路实验讲义09版》。 实验一高频小信号调谐放大器（实验版G1）、实验二高频谐振功率放大器（实验版G2）是一类、实验三LC振荡和石英晶体振荡（实验版G1）都是单独实验；实验四振幅调制与解调（实验版G3）、实验五变容二极管调频振荡器（G4）、实验六集成电路压控振荡器构成的频率调制与解调（实验版G5），都是含有调制解调内容，是复合实验。这样的实验安排涵盖了高频电路教学的主要内容。本学期（2012秋）新购入扫频仪，所以再次修订实验讲义。 在此，特别感谢06、07、08、09级电子信息科学与技术专业学生。正是通过他们的使用，使本教材得到不断改进与完善。 TPE—GP2型高频电路实验学习机说明 1．技术性能 1．1电源：输入AC220V； 输出DCV+5V、-5V、+12V、-12V，最大输出电流200mA 1．2信号源：（函数信号发生器） 输出波形：有方波、三角波、正弦波 幅值：正弦波V P-P ：0~14V（14V为峰—峰值，且正负对称） 方波V P-P ：0~24V（24V为峰—峰值，且正负对称） 三角波V P-P ：0~24V（24V为峰—峰值，且正负对称） 频率范围：分四档2~20Hz、20~200Hz、200~2KHz、2K~20KHz 1．3电路实验板：备有五块实验板，可完成11项高频电路实验。 2．使用方法 1．1将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮。 1．2使用实验专用电导线进行连线。 1．3实验时先阅读实验指导书，然后按照实验电路接好连线，检查无误后再接通主电源。 特别注意：电源极性不可以接反。
有机功能材料
比目鱼为了更好的潜伏在海底近距离攻击猎物，改变身体外表颜色与周围环境浑然一体；变色蜥蜴可以将身体变成粉红色、蓝色、红色、桔红色、黄色、绿色、黑色、褐色等而更吸引异性；佩龙树蛙能够将身体变成灰色、褐色、黄色、白色等融入自然环境而不被狩猎者发现。人类观察自然界中的变色现象，并加以利用，例如士兵用树叶进行伪装，人们四季穿不同颜色的衣服追求舒适，变色眼镜可以保护人的眼睛等。随着科技的进步，我们已能够有越来越多的方式实现变色，其中变色材料的研究和应用得到广泛的关注。变色性是指在外界激发源的作用下，一种物质或一个体系发生颜色循环变化的现象。目前，对于变色材料研究最为广泛的就是光致变色和电致变色 光致变色（Photochromism）是指光作为外界的激发源的变色，通常说来就是指材料在适当波长的光照射下可进行特定的化学反应或物理效应，从一个形态转变为另一形态，由于结构变化导致吸收光谱发生明显的变化，而在另一波长的光照射或热的作用下，材料又能恢复到原来的形态图 1-1 光致变色反应及其吸收光谱示意图 1.1.1 光致变色材料的分类 经过近几十年的发展，科学家已经发现了多种类型的光致变色材料，各种材料的变色机理不尽相同，尤其是无机材料与有机材料存在明显的区别。无机材料的变色机理主要是电子的转移，有机材料相对复杂一些，包括化学键的断裂与生成、顺反异构体的变化、质子分子内的转移等。目前，对有机光致变色材料的研究主要集中在俘精酸酐、螺吡喃、席夫碱、二芳基乙烯等类化合物上。
1.1.2 光致变色的应用 变色前后的化学及物理性质的差异是变色材料应用的基础。对于光致变色材料来说这些性质包括：吸收光谱、荧光光谱、折光率、氧化还原电位、偶极矩、粘度、旋光性质等，研究人员根据这些性质在光照前后的差异设计不同的应用。目前，光致变色材料所报道的应用以其改变的物理性质来分，主要集中在基于光物理性质的应用和基于电化学性质的应用。 1.1. 2.1 基于光物理性质的应用 1.1. 2.2 基于电化学性质的应用 第二章含三苯胺单元查尔酮化合物的合成及性能研究 三苯胺衍生物是重要的空穴传输材料，作为电致变色材料往往仅使用在聚合物中，合成含三苯胺单元的小分子，并将其制作合适的器件，测试其是否可以作为电致变色材料是本章的主要目的。合成的化合物既要有电致变色的性质，又可以进一步合成三苯胺修饰的二芳基乙烯化合物，是对其结构设计的要求。首先将 2-甲基噻吩和Vilsmeier试剂反应得到 5-甲基-2-醛基噻吩，然后用Kishner-Wolff-Huang 还原反应得到 2,5-二甲基噻吩，乙酰化后得到2,5-二甲基-3-乙酰基噻吩。不同取代基的三苯胺用 Ullmann 反应制得，然后和 Vilsmeier 试剂反应得到三苯胺醛衍生物。2,5-二甲基-3-乙酰基噻吩和相应三苯胺醛衍生物用Michael 加成反应得到对应含三苯胺单元查尔酮化合物（TPACH）。合成路线如图 2-1
实验20电子和场讲义
实验二十电子和场 带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108m/s），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。 【实验目的】 1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。 2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。 3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转(选作）。 4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。 【实验仪器】 EF——4S型电子和场实验仪、螺线管、磁场线圈、高压万用表。 【实验原理】 实验中采用的电子示波管型号是8SJ45J，就是示波器中的示波管。通常用在雷达中。它的工作原理与电视显像管非常相似，这种管子又名阴极射线管（CRT）或电子束示波管。它是阴极射线示波器中的主要部件，在近代科学技术许多领域中都要用到，是一种非常有用的电子器件。利用电子示波管来研究电子的运动规律非常方便，我们研究示波管中电子的运动也有助于了解示波器的工作原理。 电子示波管的结构如图20-1所示。包括下面几个部分： 图20-1 小型示波管的结构
（1）电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束； （2）偏转系统，由两对平板电极构成。一对上下放置的Ｙ轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的Ｘ轴偏转板(或称水平偏转板)； （3）荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。 以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过10－6个标准大气压。 电子枪的内部构造如图20-2所示。电子源是阴极，图中用字母K表示。它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。在圆柱筒端部涂有钡和锶的氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。与阴极共轴布置着的还有四个圆筒状电极，电极G1离阴极最近，称为控制栅，正常工作时加有相对于阴极K大约-10～-40伏的负电压，它产生的电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。改变控制栅极的电势可以改变穿过G1上小孔出去的电子数目，从而可以控制电子束的强度。电极G2与A2联在一起，两者相对于K有约几百伏到1千余伏的正电压。它产生了一个很强的电场使电子沿电子枪轴线方向加速。因此电极A2对K的电压又称加速电压。用V2表示。电极A1为聚焦电极，在正常使用情况下相对于K具有正电压V1，其大小在200伏到400伏之间。由于K与A1、A1与A2之间电势不相等，因此使电子束在电极筒内的纵向速度和横向速度发生改变，适当地调整V1和V2的电压比例，可使电子束聚焦成很细的一束电子流，使打在荧光屏上形成很小的一个光斑。聚焦程度的好坏主要取决于V1和V2的大小与比例。 图20-2 电子枪内部构造 电子束从图20-1中两对偏转电极间穿过。每一对电极加上的电压产生的横向电场分别可使电子束在Ｘ方向或Ｙ方向发生偏转。 在玻璃管壳的内表面还涂有石墨导电层，它有下面几方面的作用：它与极A2是连在一起，
有机半导体材料
有机半导体材料 1 有机半导体材料的分子特征 有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有 键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz 轨道组成一对 轨道（ 和 ），其成键轨道（ ）与反键轨道（ ）的能级差远小于两个 轨道之间的能级差。按照前线轨道理论， 轨道是最高填充轨道（HOMO）， 是最低未填充轨道（LUMO）。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当HOMO 能级上的电子被激发到LUMO 能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。
在有机半导体材料分子里， 键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。 小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的 共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等（如图2)，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型（如图3)。 事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以说是无穷无尽的。 图2: 几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五苯型，（2）三苯基胺类，（3）富勒烯，（4）酞菁，（5）苝衍生物和（6）花菁类。
图3: 几种常见的高分子有机半导体材料：（1）聚乙炔型，（2）聚芳环型，（3）共聚物型。 2 有机半导体材料中的载流子 我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则要复杂得多。 首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙（即LUMO 与HOMO 的能级差）通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p 型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导体材料中的正电荷（即空穴）是高度离域、可以自由移动的，而有机半导体材料中的正电荷所代表的则是有机分子失去一个电子（通常是HOMO 能级上的电子）后呈现的氧化状态。因此，在有机半导体材料中引入一个正电荷，必然导致有机分子构型的改变。
电子材料实验报告
锆钛酸钡电子陶瓷材料的制备 前言 电子陶瓷是指以电、磁、光、声、热、力、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输及存储等功能为主要特征的陶瓷材料,主要包括压电、介电、离子导体、超导和磁性陶瓷等。电子陶瓷在小型化和便携式电子产品中占有十分重要的地位,世界各国元器件生产企业都在电子陶瓷及其元器件的新产品、新技术、新工艺、新材料、新设备方面投入巨资进行研究开发。每年都有大量新型功能陶瓷材料及元器件问世。近年来,在国家诸多重点科研计划的支持和推动下,我国在电子陶瓷材料的科学研究与产业化方面有很大发展,但总体来看,我国的电子信息产业,特别是一些附加价值高、技术含量高的新型电子信息产品和一些基础电子产品的生产水平与发达国家相比仍存在很大差距,不少高端产品在相当大的程度上被外资企业所控制。国外的大公司如日本的村田、松下、京都陶瓷,美国的摩托罗拉等近年来长驱直入中国市场,目前已占据了国内片式元器件特别是高档片式元器件市场相当大的份额。我国信息产业正面临着产品升级换代的机遇和挑战。 随着电子信息技术的高速发展,电子陶瓷材料应用领域正在从传统的消费类电子产品转向数字化的信息产品,包括通信设备、计算机和数字化音视频设备等,数字技术对陶瓷元器件提出了一系列特殊的要求。为了满足这些要求,世界各国的大学、研究机构和企业都在以信息技术为应用领域的功能陶瓷新材料、新工艺、新产品方面投入巨资进行研究开发。 传统电子陶瓷材料在电子工业、微电子工业等领域中已经获得了广泛的应用,为高科技发展和国民经济繁荣做出了卓越的贡献。目前这类材料的研究领域主要是利用先进的材料制备技术来进一步改善和提高性能。 钛酸钡BaTi03是一种被普遍研究的具有钙钛矿结构的铁氧体，因其优良的介电性能，在电容器件等方面具有广泛的应用。为了增加介电常数的可调性，降低介电损耗，往往通过掺杂的方法，如用化学性能更为稳定的Zr4+，取代Ti4+，得到锆钛酸钡Ba(Ti0.95 Zr0．05) 03( BZT)。传统的烧结陶瓷方法多采用固相反应烧结。大致分为：热压烧结，热等静压烧结，微波烧结，超高压烧结，真空烧结，气氛烧结，原位加压成型烧结等。本文研究用固相反应法烧结锆钛酸钡压电陶瓷及其特性分析。 实验过程 本实验采用固相烧结法，即固体粉末在高温环境各自分子扩散形成陶瓷化学结
有机相变材料
有机相变材料 关键词：相变；PCMS；有机相变材料 摘要：有机相变材料是一种相变时吸热放热很高的材料，被广泛的应用到储能、建筑等领域，本文介绍了相变材料的分类性能，并就下一步的研究提出了自己的看法。 相变材料(Phase Change Materials，简称PCMs)是指在一定的温度范围内可改变物理状态的材料，以环境与体系的温度差为推动力，实现储、放热功能，并且在相变过程中，材料的温度几乎保持不变。它因具有储能密度大、储能能力强、温度恒定等优点，在智能调温服装、建筑及电子器件等应用领域得到了广泛关注。 PCMs按组成可分为：有机PCMs、无机PCMs和复合PCMs。按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被选用。 无机相变材料储能密度大，相变时体积变化小，格低廉，主要包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、醋酸盐及碳酸盐等盐类的水合物。但这类材料在相变过程中容易出现过冷、相分离现象，需要添加防过冷剂和防相分 离剂增强其稳定性，延长使用寿命。例如，在CaC1 2·6H 2 O中加入NaC1和过量的水 能使CaC1 2·6H 2 O保持较好的稳定性，经过1000次加热．冷却循环相变潜热不退化。 与无机相变材料相比，有机相变材料具有无过冷及析出现象，性能稳定，可通过不同相变材料的混合来调节相变温度的突出优点。但通常存在着导热系数小，密度小，单位体积储热能力差的缺点。典型的有机类相变材料有：石蜡、脂肪酸类、多元醇类相变材料等。 复合相变储能材料主要指性质相似的二元或多元化合物的一般混合体系或 低共熔体系，形状稳定的固液相变材料，无机有机复合相变材料等。复合相变材料一般有两种形式：一种是两种相变材料混合；另一种是定型相变材料。两种相变材料混合虽制造简单，但具有一般相变材料的缺点，需要封装，容易发生泄漏，使用不安全等。定性相变材料是由相变材料和高分子组成的混合储能材料，相变材料一般为石蜡有机酸等，高分子材料一般为HDPE(高密度聚乙烯，具有较高的熔点，作为支撑物)，后者作为支撑和密封材料将相变材料包容在其组成的一个个微空间中，因此在相变材料发生相变时，定性相变材料能保持一定的形状，且不会有相变材料发生泄漏。与普通相变材料相比，它不需封装器具，减少了封装成本和封装难度，避免了材料泄漏的危险，增加了材料使用的安全性，减少了容器的传热热阻，有利于相变材料与传热流体间的换热。 有机PCMs按材料的相变方式可分为：固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。后两者由于在相变过程中伴随有气体产生，体积变化较大，很少被选用。 1 有机固-液相变储能材料 有机固-液相变储能材料主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类和聚烯醇类等，其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，相变潜热大，缺点是易泄露。目前应用较多的主要是脂肪烃类与聚多元醇类化合物。Ahmet Sar?等[6]合成了硬脂酸-正丁醇酯、硬脂酸-异丙醇酯、硬脂酸-丙三醇三酯作为固-液相变储能材料。从图1可以看出，合成的相变储能材料的熔化和凝固温度都在23~63 ℃和 24~64 ℃之间。相应的相变焓都在121~149 kJ/kg和128~151 kJ/kg之间，且热循环后变化不大，说明合成的相变材料储热能力大，热稳定性好，但是达到相变温度时易泄露，需要容器封装。
有机光电材料中硼配合物的应用
1. 引言 有机硼化学位移在发光材料上去的巨大进展，是因为强发光性和高的载流子迁移率。硼桥分子的结构是π共轭，而且易修饰，设计出一些不错的分子，并广泛应用在有机光电方面，如有机发光二极管[1-2]、有机场效应晶体管[3-5]、光敏材料[6-12]、成像材料[13]、传感器[14-19]。有机硼分子中，螯合配体的富π电子与硼部分的空p轨道结合，形成电子离域和刚性π共轭结构，这种环状结构不仅含有π共轭结构加强光发射，而且通过降低最低电子未占据轨道LUMO能级，从而改变电子态，增加电子亲和性。配体类型和取代基性质会影响到螯合物间π→π*的电子转移和激发过程时取代基到螯合基团的电子转移，对配体和硼中心的光物理和电学性质都有很大影响。在过去十年里，研究了许多硼配合物，如8-羟基喹啉化合物和2-吡啶苯化合物及其衍生物，它们的荧光效率高且范围宽，从深蓝色到近红色。有些有机硼化合物已经很好的作为有机光电材料的发光材料和电子转移材料。 在这篇综述中，我们主要介绍可用于有机光电材料的有机硼分子设计和性能研究，根据配体的不同将硼配合物分成几部分进行综述，并对该领域的发展前景进行了展望。本文给出有机硼化学物分子设计和有机光电材料应用的最基本观点，有机硼的分子结构和光电性质有待于进一步研究。 2. 有机光电器件 有机光电学领域主要涉及有机材料的电子结构、能量传递、电子转化、光电转化机理及相关器件的制备，是化学、材料和电子学科的高度交叉的研究方向[6-7]。目前，人们基于有机光电学原理制备了多种光电器件，其中有机半导体在有机发光二极管（organic light-emitting diodes, OLEDs）、有机场效应晶体管（organic field-effect transistors, OFET）、有机太阳能电池（organic solar cells,OSCs）等均展现了诱人的应用前景(如图1)。 图1.有机光电器件及应用：（a,b）有机发光二极管（c,d）有机场效应晶体管（e,f）有机太阳能电池 Fig.1 Applications of organic optoelectronic devices: （a,b）OLED（c,d）OFET（e,f）OPVC 1.1 有机场效应晶体管（OFETs） 自上1986年Tsumura, A.等人首次报导聚噻吩具有场效应性能以来[8]，OFET 相关的功能材料开发、器件制备工艺优化和多功能应用研究引起了国际知名科研院所的广泛关注。经过几十年的发展，OFET 的性能指标有了很大的突破，初步满足了在电子纸、传感器、射频标签、有源平板显示器的驱动等领域的应用需求[9-21]，相关研究逐渐成为学术界和工业界研究的前沿与热点方向，具有光明的前景[22-23]。 有机场效应晶体管是以有机化合物为半导体材料，通过电场来控制材料导电能力的有源器件。OFET的基本结构主要包括有机半导体层（ organic
电工学电子技术实验讲义
电工与电子技术实验讲义
实验一 晶体管共射极单管放大电路 一、实验目的 （1）熟悉电子电路实验中常用的示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及使用方法。 （2）掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 （3）学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 （4）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻* 、输出电阻* 的测试方法。 二、实验原理 图2-1为电阻分压式工作点稳定的共射极单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B1和R B2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻R F 和R E ，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号i u 后，在放大器的输出端便可得到一个与i u 相位相反、幅值被放大了的输出信号0u ，从而实现了电压放大。 图2-1 共射极单管放大器实验电路 在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管V 的基极电流IB 时(一般5-10倍)， 则其静态工作点可用下式估算 )(E F C C CC CE F E BE B E R R R I U U R R U U I ++-=+-= 电压放大倍数 //(1)C L u be F R R A r R β β=-++ 输入电阻 be B B i r R R R ////21= 输出电阻 C R R ≈0 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。 在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据；在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质的放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。
有机光导体功能材料的研究开发
有机光导体功能材料的研究开发 一、前言 有机光导体的生产已是一个成熟的高技术产业，该产品的高额利润时代已经结束，而且专利已过保护期。对科技发达的西方国家来说，其市场竞争十分激烈，已经进入微利时期，因而象其它一些具有一定技术含量的产品一样，其生产技术必然会向经济较不发达的国家转移。所以形成了OPC的生产开始向东南亚、韩国、台湾以及中国大陆转移的局面。对我国而言，OPC的产业化才刚刚起步，还有许多工业生产中的基础性问题没有得到解决，或者说这个产业链还没有形成，影响了该产业的生产利润和发展潜力。 目前，我国OPC的实际总产量不超过100万只/年。到目前为止我国引进美国、日本的二手生产线已经３条，其生产能力总计约100万只/年，其中两条生产线已经投产，另外一条也将在今年底投产。依靠自身技术设计、建造生产线３条,根据资料报道，估计其设计生产能力约270万只/年，目前还处于试生产阶段。如果上述这几条生产线能实现投产，再考虑原装产品和国外OEM产品的市场份额，其产量已能满足我国市场的需求。 虽然我国OPC的生产呈现快速发展之势，但是其生产OPC所需的原材料，包括光导材料、铝鼓基和粘合树脂等基本上都依赖进口，我们虽然得到了当前产品的配方和生产工艺技术，但其生产过程中所需基础材料的关键技术仍掌握在外国人手中，高额利润仍然属于别人，而市场风险都留给了我们。这样就大大增加了我国OPC的生产成本，随着市场竞争日趋激烈，生产厂和经销商的利润率越来越低。要解决这个问题，必须首先解决好基础功能材料的开发与产业化。 二、国家科技计划对OPC研究的资助情况 自“八五”计划以来，国家自然科学基金、国家863计划、国家计委以及一些省市的科技发展计划都对有关OPC的基础理论研究、功能材料合成、配方、生产工艺技术以及相关的生产设备、产品性能检测设备开发给予了长期的资助，其研究总经费已近1000万元人民币。开发了多种类型的光电功能材料，对配方、生产工艺进行了较深入的研究，一些项目与企业合作实现了中试或规模生产，产品也进入了市场。但是，我国的OPC生产离我们所期望的目标还相差很远，综观其根本原因，乃是到目前为止，我们没有实现光导功能材料的工业化生产和持续