高分子发光材料
共轭高分子构建有机电致发光材料
共轭高分子构建有机电致发光材料随着科技的进步和人们对环保、节能的追求，有机电致发光材料作为新一代发光材料备受关注。
其中，共轭高分子材料因其独特的电致发光特性而成为研究热点。
本文将重点探讨共轭高分子在构建有机电致发光材料方面的应用。
共轭高分子是由具有π电子的共轭系统连接而成的高分子。
它们具有良好的导电性和光学性质，可以通过调整共轭系统的结构和改变共轭系统的长度来实现不同颜色的发光。
在有机电致发光材料领域，共轭高分子具有以下几个方面的优势。
首先，共轭高分子具有较高的载流子迁移率。
共轭系统中的π电子能够在分子内自由传递，因此共轭高分子具有良好的电子传输性能。
同时，与传统的发光材料相比，共轭高分子的载流子迁移率更高，有利于提高材料的发光效率。
其次，共轭高分子能够通过固态聚集诱导发光（AIE）效应来提高发光效率。
传统的有机发光材料在溶液状态下通常会发生聚集引起的荧光猝灭现象，导致发光效率低下。
而共轭高分子由于其特殊的分子结构，可以在固态聚集状态下发射荧光，极大地提高了发光效率。
此外，共轭高分子具有良好的机械可加工性。
由于其分子链结构的可调性，共轭高分子材料可以采用不同的制备方法制备成薄膜、纳米颗粒等形式，并且能够通过改变共轭结构来调控材料的光学性质。
这使得共轭高分子在多种载体中的应用非常灵活。
在实际应用中，共轭高分子构建的有机电致发光材料已广泛应用于照明、显示、生物医学等领域。
首先，在照明领域，共轭高分子材料可以制备出高亮度、高效率的有机发光二极管（OLED）。
OLED作为新一代照明技术，具有色彩饱和度高、能耗低、可柔性等优势，已经成为发展方向。
而共轭高分子材料的应用使OLED的发光效果更加均匀且可调，能够满足更多场景下的照明需求。
其次，在显示领域，共轭高分子材料可以用于构建有机发光场效应晶体管（OFET）。
OFET作为一种新型的显示技术，具有反应速度快、透明度高等优势，因此被广泛应用于触控面板、柔性显示等领域。
光功能高分子材料
吸收光能后的活化。当分子吸收光能后，只要有足
够的能量，分子就能被活化。
分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受
光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活
化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传
递。下面我们讨论这两种光活化过程。
5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
电荷转移跃迁示意图
在分子间的能量传递过程中，受激分子通过 碰撞或较远距离的传递，将能量转移给另一个分 子，本身回到基态。而接受能量的分子上升为激 发态。因此，分子间能量传递的条件是： (1) 一个分子是电子给予体，另一个分子是电 子接受体； (2) 能形成电荷转移络合物。
分子间的电子跃迁有三种情况。 第一种是某一激发态分子 D* 把激发态能量转 移给另一基态分子A，形成激发态 A*，而 D*本身 则回到基态，变回 D。A* 进一步发生反应生成新 的化合物。
300 200 100
X射线 γ射线
10-1 10-3
化学键键能
化学 键能 /(kJ/mol) 键 O－ O N－ N C－ S C－ N 138.9 160.7 259.4 291.6 化学 键 C－Cl C－ C C－ O N－ H 键能 /(kJ/mol) 328.4 347.7 351.5 390.8 键能 /(kJ/mol) 413.4 436.0 462.8 607
化学键
C－ H H－ H O－ H C=C
2 光的吸收 发生光化学反应必然涉及到光的吸收。光的吸
收一般用透光率来表示，记作T，定义为入射到体
系的光强I0与透射出体系的光强I之比：
T I Io
如果吸收光的体系厚度为l，浓度为c，则有：
聚集诱导发光(aie)在功能高分子材料中的应用
聚集诱导发光（本人E）在功能高分子材料中的应用一、概述功能高分子材料是一种具有特定功能的材料，广泛应用于光电器件、生物医学、催化等领域。
近年来，聚集诱导发光（本人E）材料作为一种新型的发光材料，受到了研究者们的广泛关注。
本人E材料具有不溶于水的特性，有机溶剂中可溶，具有高效的发光性能，其在功能高分子材料中的应用具有重要意义。
二、本人E材料的特性1. 不溶于水的特性本人E材料不溶于水，这使得它在水性体系中具有独特的应用优势。
在生物医学领域，本人E材料可以用于细胞成像和药物传递系统中。
2. 有机溶剂中可溶在有机溶剂中，本人E材料可以完全溶解，形成溶液状。
这使得本人E 材料可以被方便地喷涂在各种基板上，应用于光电器件领域。
3. 高效的发光性能本人E材料在激发状态下能够发出强烈的荧光，具有高效的发光性能。
这使得本人E材料在光电器件领域具有广阔的应用前景。
三、本人E材料在功能高分子材料中的应用1. 光电器件本人E材料可以被应用于有机发光二极管（OLED）、柔性显示器等光电器件中。
由于本人E材料具有高效的发光性能和良好的溶解性，可以制备出高性能的光电器件。
2. 生物医学本人E材料可以被用于细胞成像和药物传递系统中。
由于本人E材料不溶于水，可以避免在生物体内发生溶解，并且具有高效的发光性能，能够清晰地观察细胞结构和功能。
3. 化学催化本人E材料可以被用于催化反应。
由于本人E材料具有高效的发光性能，可以通过荧光方法来研究催化反应的动力学和机理。
四、本人E材料在功能高分子材料中的发展趋势1. 多功能化未来的本人E材料将会朝着多功能化方向发展，不仅具有发光性能，还能够具有温敏性、光敏性等多种功能。
2. 高性能化随着本人E材料的研究不断深入，其性能将会不断提高，使得其在功能高分子材料中的应用更加广泛。
3. 应用领域拓展本人E材料在功能高分子材料中的应用领域将会不断拓展，涵盖更多的领域。
五、结论本人E材料作为一种新型的发光材料，在功能高分子材料中具有重要的应用意义。
高分子材料的光学亮度与发光机制研究
高分子材料的光学亮度与发光机制研究摘要：高分子材料的光学亮度与发光机制是当前材料科学研究领域的热点之一。
光学亮度作为一种重要的物理性能指标，对于材料的应用具有重要意义。
本文将介绍高分子材料的光学亮度和发光机制的研究进展，包括发光材料的分类、光学亮度的定义与评价以及不同发光机制的研究。
一、引言随着人们对材料性质的需求不断提升，高分子材料作为一类重要的功能材料，其在光电、显示、传感等领域得到了广泛应用。
而光学亮度作为一个重要的评价指标，在高分子材料的研究中占据着重要地位。
本文旨在探讨高分子材料的光学亮度与发光机制，为材料科学研究和应用提供参考。
二、高分子材料的光学亮度分类1. 荧光材料荧光材料是一类能够将电能或光能转化为荧光的材料，其具有良好的发光特性和较高的光电转换效率。
荧光材料的发光机制主要有激发态传能和自激励辐射两种方式。
以聚苯乙烯为代表的高分子荧光材料在有机光电器件和生物荧光成像等领域具有广阔的应用前景。
2. 磷光材料磷光材料是一类通过磷光激发产生发光的材料，其发光机制主要由磷光矢量耦合效应和电荷传输机制共同作用。
磷光材料的发光特性使其成为照明和显示领域的重要候选材料。
3. 共振发光材料共振发光材料是一类通过共振增强效应产生高强度发光的材料，其发光机制主要依赖于光学共振和多光子吸收。
共振发光材料可以在光学器件中实现高亮度和高效率的发光，因此在LED和激光器等领域有着广泛的应用。
三、光学亮度的定义与评价方法光学亮度是表征材料发光强度的物理量，通常用亮度单位流明/平方米（lm/m²）来表示。
光学亮度的评价可以从发光强度、光谱特征及色彩特性等方面进行。
常用的评价指标包括光谱辐射功率、亮度温度、色坐标等。
四、高分子材料的发光机制研究进展1. 激子共振激子共振是高分子材料中常见的一种发光机制，它由高分子材料中的载流子与激子相互作用而产生。
激子共振的发光机制主要包括激子重组和激子晶格耦合。
研究激子共振有助于提高高分子材料的光学亮度和发光效率。
有机高分子电致发光材料及器件
西北工业大学
Northwestern Polytechnical University
PLED
ELM简介
ELD简介
PLED材料
PLED最新进展
有机电致发光器件的结构示意图 西北工业大学
Northwestern Polytechnical University
PLED
ELM简介
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PLED材料
西北工业大学
Northwestern Polytechnical University
PLED
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PLED材料
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PLED材料的性能参数
发光光谱
发射光谱通常有两种,即光致发光光谱(PL)和电致 发光光谱(EL)。PL光谱是由光能激发的,而EL光谱 则需要电能的激发。通过比较器件的光谱和不同载 流子传输材料和发光材料的光谱,可以得出复合区 的位置以及实际发光物质等信息。一般说来,光谱 分散范围愈窄,其单色性愈好
PLED最新进展
西北工业大学
Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1048 –1052
Northwestern Polytechnical University
PLED
ELM简介
ELD简介
PLED材料
PLED最新进展
西北工业大学
J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 131, NO. 40, 2009
小分子类：
蒽化合物、芴类小 分子 、芳胺类材 料 、喹吖啶酮类 、 有机类硼类蓝光材 料
聚合物类：
聚对苯乙烯撑，聚 噻吩，聚苯胺、和
聚咔唑
西北工业大学
Northwestern Polytechnical University
功能高分子化学课件电致发光材料及器件
在这个课件中，我们将介绍电致发光材料及器件的基础知识、性质和广泛应 用。通过这个课件，您将会了解到电致发光技术的原理和未来发展趋势。
电致发光基础知识
发光机理
电致发光是通过电流激发发光分子产生能量释放的现象。激发电子跃迁至激 发态，然后通过光致发光机制将能量以光的形式释放。
电致发光材料和器件的应用
广泛应用于
电致发光材料和器件广泛应用于手机、平板、电视等消费电子产品和照明等 领域。
未来发展趋势
未来的电致发光材料和器件将实现更高的亮度、更低的功率消耗，并进一步 应用于可穿戴设备等领域。
结语
• 电致发光材料和器件的发展前景十分广阔。 • 未来，我们有望见证更多创新的发光材料和器件应用的出现。
电致发光材料的性质
1 发光性能
衡量发光材料亮度、色彩饱和度和发光效率等方面的性能。
2 稳定性
评估材料在长时间使用中的稳定性，如寿命、耐热性和抗氧化性。
3 加工性能等
材料在制备电致发光器件时的可加工性、薄膜制备条件等方面的性能。
电致发光器件
器件种类
电致发光器件根据使用的材料不同可分为有机电致发光器件和无机电致发光器件。
发光颜色发生机制
发光颜色的发生取决于发光材料的能带结构和有机染料（用于有机电致发光 材料）的分子结构。
常见的电致发光材料
有机电致发光材料
含有有机分子的材料，可实现丰富多彩的颜色和高亮度。
无机电致发光材料
使用无机物质制备的材料，具有稳定性和长寿命的特点。
杂化电致发光材料
结合有机和无机组分的材料，优化了发光性能和稳定性。
器件构成
发光层、电子传输层、电子注入层、提取层等是组成电致发光器件的关键组成部分。
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⑴。
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⑷。
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” 0）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⑹。
发光基质将所吸收的能量转换为光辐射，这就是光致发光材料激发发光的简要原理。
电致发光高分子材料
有机发光材料因分子间范德华力作用较弱，
对于处在激发态的有机分子，其电子与空
穴基本属于一个分子。因此大多数的有机 分子所形成的激子属于Frankel激子类型。 设激子的能级Eex。位于价带底能级Ec与价 带顶能级Ev之间，则它的激发能为Eg`＝ Eex—Ev ，小于Eg=Ec--Ev。显然激子的 束缚能为Ec—Eex；激子最终发生复合，即 在此过程中电子落人空穴之中，或者产生
余辉在10 －８ 秒以下的称荧光．如受外来光 线激发发光的荧光灯发光；受阴极射线激发 发光的电视屏发光；都为荧光．荧光是冷光， 其余辉时间与发光体温度无关．荧光灯管和 电视屏上都涂有发光物质，荧光灯上涂的发 光物质常为卤磷酸钙．
磷光邮票与荧光邮票的区别：磷光邮票和荧 光邮票都是发光邮票，在紫外灯照射下发出 蓝绿色余辉，主要区别是撤除紫外线照射， 荧光邮票亮光立即消失，而磷光邮票亮光消 失较慢。
概述
长期以来，人们一直致力于研究开发无机半导体 电致发光器件，因为它们在通讯、光信息处理、 视频器件、测控仪器等光电子领域有着广泛而重 要的应用价值。
无机半导体二极管、半导体粉末、半导体薄膜等 电致发光器件尽管已取得了巨大的成就，但由于 其复杂的制备工艺、高驱动电压、低发光效率、 不能大面积平板显示、能耗较高以及难以解决短 波长(如荧光)等问题．使得无机电致发光材料的 进一步发展受到影响。
改变取代基 增加给电子基团发生红移 增加吸电子基团发生蓝移 改变共轭链的长短 部分共轭可以获得更大的量子效率，抑制了非光耗散 掺杂剂 改变了能量传递的效率和浓度，改变器件的发光光谱
制备
真空蒸镀 浸涂和旋涂 原位聚合法 利用单体的光聚合或者电化学聚合制备聚
聚合物电致发光的一些基本概念
载流子 激子 单线态与三线态 磷光和荧光 电致发光的量子效率 载流子注入效率
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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
间电荷相对迁移，在发光层内，电子和空穴相遇复合，形成激子，激子经过辐射衰变而发射可见光，或者激发活性层中其他发射体分子而发光[14-16]。
2.2．3分类
电致发光高分子材料大体分为以下几类：
2.2．3．1芴类电致发光材料
聚芴是一种很有希望实际应用于有机电致发光器件中的蓝光高分子材料，但其电子亲和势较低，电子传输和注入效率比其空穴传输和注入效率低，因此发展受到限制。
在聚合物链中引入恶二唑等强吸电子单元是一种提高聚合物电子亲和势和电子传输能力的常见方法。
如图4是一种具有刚性平面联苯结构的化合物，可以通过苯环上有限的几个反应点，特别是9位碳，得到一系列衍生物。
因此，聚芴也已成为一种非常重要并被许多学者认为最有很有应用前景的一类材料[17]。
图4聚芴1
为了改善芴的综合电致发光性能，目前主要采用在芴上引入不同的侧基后聚合制备芴均聚物，芴单体与其他单体共聚以及制备由芴衍生而来的支化聚合物等方法。
2．2．3．2香豆素类有机电致发光材料
香豆素化合物具有优异的光学特性．是很好的荧光材料、激光染料和非线性光学材料，并在分子器件方面具有独特的性能。
有机电致发光体的悬挂体系有很好的发光性能,由主发光体和客发光体组成,香豆素化合物是一类优良的主发光体[18]。
反应路线可以简单的表达为：
图5 反应路线
以42N，N2二乙基氨基水杨醛、氰乙酸乙酯、22氨基242氯苯酚一步法合成香豆素有机电致发光材料发光体．具有原料易得。
较佳的工艺条件为：氰乙酸乙酯、42N，N2二乙基氨基水杨醛、22氨基242氯2苯酚、苯甲酸(催化剂)的摩尔比为1：1：1：0．5，以正丁醇为溶剂，反应温度115~C，反应时间6～8h，产物收率可达到65％。
2．2.3．3聚对苯乙炔-噻吩共轭聚合物电致发光材料
聚对苯乙炔(PPE)具有相似于PPV的结构，在溶液中显示很高的荧光效率91，有望作为发光材料．聚对苯乙炔主链引入噻吩基团。
不仅改善了溶解性，而且提高了分子量，以期获得性能更好的电致发光材料。
2.2．3．3．1单体的合成路线
图6
图7
2．2.3．4聚对苯撑乙烯(PPV)类电致发光材料[19-20]
PPV可以通过在苯环上改变取代基或在乙烯基上取代而设计合成出结构、性
能各异的衍生物，亦可以通过共聚的方式来合成出各种不同的分子材料，以满足使用要求。
从功能或设计目标来考虑，可将思路归纳为引入长链取代基以增加溶解性，同时对发射波长产生影响；引入吸电子基团或片断，调节HOMO与LUMO 的能级，以控制发射波长，并且提高电子／空穴的传输或平衡注入能力；引入大体积基团或形成非共平面的扭曲结构以减少链间聚集，减少荧光猝灭，以提高量子效率；同时可以提高聚合物和器件的稳定性，延长使用寿命等。
1、增加溶解性
由于PPV本身在普通溶剂中溶解度较小，为使其具有良好的加工性能，需要在苯环
上引人增加溶解度的基团，长链取代基如己基或2一乙基己氧基、硅烷基、硒烷基等可以使其在普通溶剂中具有优异的溶解性，为制作器件提供可选择的操作工艺。
【14-18】
2、引入给，吸电子基团
通过引入给，吸电子基团，可以提高空穴／电子的传输或平衡注入能力，提高发光效率，调控发光颜色。
2．2.3．4．1材料的应用
聚对苯撑乙烯电致发光材料材料目前已经广泛应用于有机电致发光器件、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机激光和化学与生物传感等先进材料科学与技术领域的研究、开发和产业化中。
在提高发光效率的同时，需要兼顾聚合物的稳定性和溶解性，以提高器件的稳定性和材料的可加工性。
4．高分子发光材料展望
有机发光材料涉及化学、物理、电子学等众多学科的研究领域，由于具有多色性及更宽的材料选择范围而使其发展迅速。
高分子发光材料不仅丰富发光材料的内容，而且也给我们带来了一些独特的发光性能。
但是也应当看到聚合物发光材料仍有不少问题需要克服目前电致发光器件走向商业化还需要解决以下几个方面的问题：
1 发光效率仍较低还有待于发光机理的深入研究
2 稳定性差使用寿命短需要开发新的发光材料和新的加工工艺
3 发光波谱相对较宽不适于高纯色显示
以上问题一旦得到解决由于聚合物电致发光材料及器件的诸多优点其商业价值将充分体现，必将引起显示工业和信息领域的一场革命。