有机共轭聚合物概述
共轭配位聚合物
共轭配位聚合物（Conjugated Coordination Polymers，CCPs）是一种独特的金属有机框架（MOFs），具有独特的结构和优异的性能。
它们是通过金属中心与有机配体之间的配位化学反应形成的。
由于配体和过渡金属离子之间存在有效的π-d杂化，使得电子在整个骨架上以离域的状态存在，因此共轭配位聚合物具有高导电性和良好的稳定性。
这些特性使得共轭配位聚合物在许多领域中都有广泛的应用，包括半导体器件、超导体材料、传感器、电化学催化剂和储能装置等。
然而，共轭配位聚合物的合成过程较为复杂，有机配体和金属中心在反应过程中可能会发生原位氧化/还原反应，导致化学状态和结构的不确定性。
此外，由于合成条件的不可控性和复杂的化学反应，所获得的样品结晶性较低，使得对产物的结构分析变得异常困难。
尽管存在这些挑战，共轭配位聚合物仍具有巨大的应用潜力。
随着研究的深入和技术的发展，我们有望开发出性能更加优异、稳定性更高的共轭配位聚合物材料，进一步推动其在各个领域的应用。
共轭有机聚合物电极;水系电池
共轭有机聚合物电极及其在水系电池中的应用一、引言随着能源危机和环境问题的日益突出，研究新型高效、可持续的能源存储和转换技术成为全球科学界的热点。
水系电池作为一种无污染、高安全性的能量存储设备，备受关注。
共轭有机聚合物电极作为水系电池中的重要组件，具备良好的导电性、可调控性和机械柔韧性，被广泛应用于能量存储领域。
二、共轭有机聚合物电极的基本原理共轭有机聚合物是一类由具有共轭结构的电子给体和电子受体单体通过共价键连接而成的高分子化合物。
其主要特点是具备良好的电子导电性和质子传导性，可有效地嵌入和释放离子，从而实现电荷的储存与释放。
共轭有机聚合物电极利用这些特性，实现了电化学反应的高效进行和电能的储存。
三、共轭有机聚合物电极的优势1. 高导电性：共轭有机聚合物具备良好的电子导电性，能够有效地传导电荷，提高电池的电导率和储能性能。
2. 可调控性：共轭有机聚合物的结构可以通过改变单体的种类和比例，以及控制聚合反应条件等手段进行调控，从而实现对电极性能的优化。
3. 机械柔韧性：共轭有机聚合物电极具备良好的柔性和可塑性，能够适应不同形状和尺寸的电池设计需求，提高电池的稳定性和可靠性。
四、共轭有机聚合物电极在水系电池中的应用1. 储能器件：共轭有机聚合物电极可以作为超级电容器和电化学电容器的储能材料，具备较高的能量密度和功率密度，能够满足高效能量存储和释放的需求。
2. 光电转换器件：共轭有机聚合物电极可以应用于光电转换器件中，如太阳能电池和光电催化电池等，通过吸收光能转化为电能或催化水分解产生氢气等。
3. 电解水产氢：共轭有机聚合物电极可以作为电解水产氢的电极材料，通过电化学反应将水分子分解为氢气和氧气，并储存产生的氢气用于能源供应。
五、共轭有机聚合物电极的发展趋势1. 材料设计：通过对共轭有机聚合物材料的结构设计和功能调控，实现电极性能的进一步提升，如提高导电性、增强离子传输等。
2. 新型制备方法：开发新型的共轭有机聚合物电极制备方法，提高电极材料的质量和稳定性，并降低制备成本。
共轭聚合物 三氟甲基侧链
共轭聚合物三氟甲基侧链共轭聚合物是一类重要的有机材料，具有良好的电荷传输性能、光电特性以及稳定性，被广泛应用于有机太阳能电池、有机场效应晶体管等领域。
其中，三氟甲基侧链共轭聚合物是一类具有独特性质和优异性能的材料，被广泛关注和研究。
一、三氟甲基侧链共轭聚合物的结构特点三氟甲基侧链共轭聚合物的基本结构是由苯环和噻吩等共轭单元多次重复组成的长链，其中每个单元上都带有三氟甲基侧链结构。
这种结构使得材料的极性变小，表面能降低，从而提高了材料的疏水性和抗粘附性，有利于材料在光电器件中的应用。
二、三氟甲基侧链共轭聚合物在光电器件中的应用1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是一种基于有机共轭聚合物的光电转换器件，其基本的工作原理是将光能转化为电能。
三氟甲基侧链共轭聚合物具有良好的电子传输性能和光电转换性能，能够有效促进载流子的分离和迁移，提高太阳能电池的光电转换效率。
2. 有机场效应晶体管有机场效应晶体管是一种基于有机电子材料的半导体器件，其基本的工作原理是通过改变材料中的载流子浓度，来实现电流的控制。
三氟甲基侧链共轭聚合物具有良好的载流子传输性能和场效应特性，能够作为场效应晶体管的材料之一，实现电流的控制和调节。
三、三氟甲基侧链共轭聚合物的研究进展近年来，三氟甲基侧链共轭聚合物的研究不断深入和发展。
其中，一些新的化学合成方法、材料的纯化处理和制备工艺的优化等方面都取得了重要的进展。
同时，也针对其在电荷传输性能、光电特性以及稳定性等方面进行了深入探究与分析，为该领域的未来发展提供了重要的参考和指导。
四、三氟甲基侧链共轭聚合物的发展前景随着有机电子材料领域的不断发展和深入，三氟甲基侧链共轭聚合物作为具有良好电子特性和光电特性的有机材料，将会受到越来越广泛的应用和重视。
它在太阳能电池、场效应晶体管和其他光电转换器件等领域中具有广泛的应用前景和巨大的潜力，未来有望实现更为广泛、普及和优异的应用。
同时，也需要加强对其材料性质与性能的研究，提高其在实际应用中的可靠性和稳定性，为其未来的产业化发展提供有力的支持和保障。
共轭聚合物材料在光电领域的应用
共轭聚合物材料在光电领域的应用共轭聚合物是一种用于制造光电器件的有机材料。
这种材料不仅可以减少成本，而且可以形成各种形状，从而支持各种不同类型的器件。
由于其可控性强、导电性能优良，以及柔性可塑性好等特点，因此在太阳能电池、有机发光二极管、场效应管等领域有着广泛的应用。
太阳能电池共轭聚合物材料在太阳能电池中的应用较为广泛。
太阳能电池的基本原理是利用材料吸收太阳辐射中的能量进而产生电荷。
传统的太阳能电池材料一般是半导体材料如硅和铜铟镓硒等。
但是这些材料在制造、加工、处理等方面都需要较高的成本费用。
相比之下，共轭聚合物材料可以通过化学合成制备，并且可以使用溶液法等低成本制造方法。
此外，共轭聚合物材料可以在小空间中形成连续电荷输运通道，达到电子输运的目的。
这种材料具有较高的导电性能，并且有能够在较宽范围内吸收太阳光谱的特性，这使得其在太阳能电池领域具有较高的潜力。
有机发光二极管相比于传统的半导体材料，共轭聚合物材料在有机发光二极管方面具有更好的应用。
有机发光二极管通过在共轭聚合物薄膜两端加电压，激发材料分子中储存的电子，并产生光。
该方法比传统的基于半导体的方法成本更低，所需的材料更少，其用途领域也更广泛。
同时，相比于半导体材料，共轭聚合物具有更高的可塑形性，这使其更适合制造各种形状和大小的二极管器件。
同样，共轭聚合物具有更好的可控性，使得它能够自由地调整其电子能级，进而实现更高效的发光效果。
总的来说，共轭聚合物在有机发光二极管方面能够提供相对较高的发光效率，并且有着各种应用领域。
场效应管共轭聚合物材料在场效应管领域也有着重要的应用。
场效应管是一种基于电场效应的半导体器件。
与传统的场效应管相比，共轭聚合物场效应管可实现更高的晶体管电子迁移率。
这主要是因为共轭聚合物能够更好地控制其电子结构，从而使其表现出更高的生长性能。
共轭聚合物场效应管的制备方法类似于传统半导体材料，主要是通过化学溶液法合成薄膜，然后将薄膜用于器件制造。
共轭聚合物化学的研究发展及其在生物医学中的应用
共轭聚合物化学的研究发展及其在生物医学中的应用共轭聚合物是一类电子共轭的高分子材料，其分子结构中存在着共轭键的连续链结构。
因为这种分子结构可以带来很高的电子导电性和光学性质，所以共轭聚合物在有机电子学、光电子学和生物医学等领域中，具有广泛的应用前景。
本文将从共轭聚合物的化学结构、制备方法及其在生物医学领域中的应用等方面进行诠释。
一、共轭聚合物的化学结构共轭聚合物分子结构由若干个单体分子共价结合而成，其中单体分子通常为含有氮原子、硫原子、氧原子或其他元素的异构化合物。
通过不同单体结构的组合，可形成多种不同的共轭聚合物。
共轭聚合物的分子结构中，主要是由单个环状和链状的单元组成，链状的单元可以是苯环、噻吩环、吡咯烷环等。
其中，苯环是最常见的单元，被广泛应用于有机底物中。
二、共轭聚合物的制备方法共轭聚合物制备的方法是多样的，其中包括化学氧化聚合法、热聚合法、电化学聚合法、热致聚合法等。
可以根据不同的单体结构和分子结构，在合适的条件下对单体进行不同的反应，扩大共轭聚合物的结构和性能空间。
以热致聚合法为例，该法发展非常迅速，利用热致变色材料的热致变化行为，通过化学方法来实现聚合反应。
这种方法的优点在于，它可以通过控制温度和时间来改变材料的性质，同时，还具有简单的制备工艺流程、操作简单和易于扩展等优点。
三、共轭聚合物在生物医学中的应用在生物医学领域中，共轭聚合物主要应用于生物诊断和生物成像方面。
共轭聚合物有一种非常特殊的性质，即在与单个分子或特定生物细胞相互作用时，它们会发生显著的荧光变化，这种荧光变化可用于生物诊断和成像。
目前，共轭聚合物与生物成像技术的应用研究在不断地发展中。
例如，一些共轭聚合物可以标记在特定的蛋白质、DNA和细胞膜上，从而使这些物质在荧光图像上得到清晰的显示，从而实现生物诊断的效果。
共轭聚合物还可以选择性地标记心血管疾病、肿瘤等细胞，在生物成像方面取得良好的成果。
此外，共轭聚合物还应用于生物传感器方面，例如，共轭聚合物材料被用于制作生物传感器，以实现针对特定生物目标的高度敏感和选择性检测。
《有机共轭聚合物在提高光催化水分解制氢和二氧化碳还原性能方面的研究》范文
《有机共轭聚合物在提高光催化水分解制氢和二氧化碳还原性能方面的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的不断增长和环境污染的日益严重，寻找可持续、清洁的能源转换和存储技术已成为科研领域的重要课题。
光催化技术因其能够利用太阳能驱动水分解制氢以及二氧化碳还原，为解决能源和环境问题提供了新的途径。
近年来，有机共轭聚合物因其独特的电子结构和良好的物理化学性质，在光催化领域展现出巨大的应用潜力。
本文将重点探讨有机共轭聚合物在提高光催化水分解制氢和二氧化碳还原性能方面的研究进展。
二、有机共轭聚合物的概述有机共轭聚合物是一类具有共轭π键的聚合物，其电子能够在分子内进行快速传递。
这类材料具有较高的光吸收系数、良好的光电转换效率和较强的电子传输能力，因此在光催化领域具有广泛的应用前景。
三、光催化水分解制氢的研究光催化水分解制氢是利用太阳能将水分解为氢气和氧气，从而实现能源的清洁转换。
有机共轭聚合物作为光催化剂，其性能的优劣直接影响到光催化制氢的效率。
研究表明，通过调控有机共轭聚合物的分子结构、能级以及电子传输性能，可以有效提高其光催化水分解制氢的性能。
近年来，科研人员通过设计合成新型的有机共轭聚合物，如具有D-A（给体-受体）结构的共轭聚合物，提高了其光吸收能力和电荷分离效率。
此外，利用表面修饰、掺杂等手段，进一步优化了催化剂的表面性质和电荷传输性能，从而提高了光催化水分解制氢的效率。
四、光催化二氧化碳还原的研究二氧化碳的过量排放是导致全球气候变化的主要原因之一。
光催化二氧化碳还原技术为解决这一问题提供了新的思路。
有机共轭聚合物作为光催化剂，在二氧化碳还原过程中发挥着重要作用。
研究人员通过设计合成具有合适能级的有机共轭聚合物，使其能够吸收太阳能并激发出足够的能量，将二氧化碳还原为有价值的化学品或燃料。
此外，通过调控催化剂的表面性质和反应条件，可以实现对二氧化碳还原产物的选择性和产率的优化。
五、结论与展望综上所述，有机共轭聚合物在提高光催化水分解制氢和二氧化碳还原性能方面展现出巨大的应用潜力。
有机共轭聚合物概述
孤 子 ， 化子和双极化子 。 极
关键 词 ： 有机共 轭０ 文献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ： ６ ４ ９ Ｘ ２ １ ） ２ ｂ－０ ３ －０ １ ７ —０ （ ０ ２ｏ （ ） １ ９ １ ８
准 确 位 置 。 入 理 解 聚 合 物 中各 种 元 激 发 深 有 机 共 轭 聚 合 物 作 为 一 种 新 型 的 功 能 对 于 研 究聚 合物 的光 电性 质以 及 其 中的 电 材 料 ， 们 已 逐 渐 认 识 到 其 丰 富 的 功 能 特 荷 和 自旋 相 关 输 运 有 重 要 意 义 。 人 性 。 小分 子 到 高 分 子 ， 电磁 光 等特 性 越 ２． 从 其 １孤 子 来越 明 显 。 在 ２ 世 纪７ 年 代 初 ， ｅ ｅ ， 早 ０ ０ Ｈｅ ｇ ｒ 有 机 共 轭 聚 合 物 由 于 其 链 间 耦 合 较 Ｍａ ｄａ ｄ ｈｉａ ａ 等 人发现 通过 对绝 弱 ， 认 为具 有 准一 维的 链 结 构 ， 图 ｌ 聚 ｃ ｉｍｉ及Ｓ ｒ ｋ ｗａ 可 如 。 缘 材 料 聚 乙 炔 进 行 掺 杂 ， 电导 率 急 剧 提 乙炔 材 料 是 最 简 单 的 共 轭 聚 合 物 ， 是 由 其 它 高 ， 增 加 几 个 甚 至 十 几 个 数 量 级 。 些 聚 乙炔 聚 合 而 成 。 原 子 有 四 个价 电子 ， 中 可 某 碳 其 合物的 电导率接 近甚 至超 过 金属铜（ 的 三 个 通 过 ｓ 杂 化 与 两 个 碳 、 个 氢 原 子 在 铜 ｐ 一 电导 率 为６ １ ｃ ）还 有 些聚 合 物 材料 ＸＹ面 内形 成 ａ键 。 ２０ 的 键 间夹 角 可 以 组 × ０（ ｍ 。 ０ １ 。 ￣ （ Ｎ） 在 极 低 的温 度（ ＝ ． ５ 下 具 有 成 碳 的 两 种 可 能 结构 ， 反式 聚 乙 炔（ 图 ｎＳ ｘ Ｔｃ ０ １ Ｋ） 即 如 超 导 电 性 。 特 殊 结 构 的 有 机 半 导 体 可 能 ｌａ ） 顺 式 聚 乙 炔（ 图 ｌｂ ）在 这 两 种 同 有 （） 和 如 （）。 具 有 磁 性 ， 高 分 子 一金 属 配 合 物 、 子 内 如 分 分 异 构 体 中 ， 剩 下 一 个 关 于 ｚ 对 称 的 都 轴 含 氮 氧 稳 定 自 由基 团 结 构 的 有 机 化 合 物 、 轨 道 价 电子 （ 电子 ）这 个 ７ 电子 导 致 了 部 ， ｃ 平 面 大 键 结 构 的 有机 物 以 及 电子 转 移 复 分 占据 的 能 带 结 构 ， 导 致 了聚 乙 炔 的 重 它 合物 等 。 机 发 光 二极 管 （ Ｅ ｓ是 有 机分 要 电学 性 质 。 如 图 １ 有 ＯＬ Ｄ ） （ ） 子材料的一 个重要应 用 ， 目前 以 小 分 子 合 聚乙炔 链中 的等键长 结构 并不稳 定 ， 成 的 发 光 器 件 已 经 实 用 化 ， 分 子 有 机 发 会 发 生所 谓 的Ｐ ｉｒ ￥ 变 ， 高 ｅｅｌ ￣ 即形 成长 键 和短 ｓｌ 光 二 极 管 也 达 到 实 用 标 准 。 之 ， 机 共轭 键 交 错 排 列的 二 聚 化 结 构 ， 图 ｌａ所 示 的 总 有 如 （） 聚 合 物 由于 其 丰 富 的 电 、 、 等 功 能 特 双 键 代 表 短 键 ， 磁 光 单键 代表 长 键 ， 可 理 解 为 它 性 ， 已在 有 机 发 光 、 机 场 效 应 管 、 料 ＣＨ基 团左 右移 动 的结 果 ， 键 长０ １ ５ ｍ， 现 有 塑 单 ．４ｎ 电 子 学 、 机 铁 磁 体 和 分 子 电子 学 等 多 个 双 键长 ０ １ ５ ｍ， 有 ． ３ ｒ 这样 的 结 构要 比 等键 长排 ｉ 领 域 得 到 了广 泛 的 应 用 和 研 究 列有更 低的能量 。 显然 ， 据 对 称 性 ， 式 根 反 有 机 共 轭 聚 合 物 是 软 凝 聚 态 物 质 的典 聚 乙炔 的 单 双 键 交 换 不 改 变 系 统 的 能 量 ， 型 代 表 ， 是 理 解 有 机 体 、 物 物 质 的 基 即 存 在 两 个 最 低 的 能 量 态 Ａ相 和 Ｂ 。 原 也 生 相 设 础 。 机 半 导 体 （ Ｅ ） 于 它 的 特 殊 性 来 整 个 聚 乙炔 链 都 处于 基态 Ａ ， 有 ＯＳ ｓ 由 相 若将 它的 （ 软 ” ） 可 和 磁 性 层 形 成 一 个 良好 的 接 其 中 一 段激 发 为Ｂ ， 出现 了两 个过 渡 区 “ 性 ， 相 就 触 ， 由于 其 弱 的 自旋 一轨 道 耦 合 和 超 精 域 。 左 半 部 分 Ａ相 过 渡 为 Ｂ ， 为 正 畴 且 在 相 称 细 相 互 作 用 ， 应 的 自旋 扩 散 长 度 比较 长 ， 壁 ； 右 半部 分 再 由Ｂ 相 在 相过 渡 回Ａ相 ， 过渡 此 因 而 是 实 现 自旋 极 化 输 运 理 想 的 候 选 材 区 域 称 之 为 反 畴 壁 。 于 Ａ相 Ｂ 的 能 量 相 由 相 料。 目前 有 机 共 轭 聚 合物 在 自旋 电 子 学 中 同 ， 发 的 能 量 都集 中在 正 反 畴 壁 中 ， 而 激 因 的 研 究 也 已逐 步 展 开 。 正 反 畴 壁 就 是 反 式 聚 乙 炔 中 的 元 激 发一 孤
共轭聚合物光电材料设计概论
材料化学专业科研训练题目:共轭聚合物光电材料设计班级:材化12-3姓名:丁泽指导教师:杨照地哈尔滨理工大学化学与环境工程学院2014年12月31日摘要共轭聚合物是由大量重复基元通过化学键连接的一维体系，具有独特的光、电、电化学等性质，由于共轭聚合物结构( 链段、构象、聚集态) 的复杂性，即使在非常精细的合成条件下，少量结构缺陷的形成也是难免的，本文在前人的基础上设计了在PPV共轭聚合物主链及侧链上添加各种基团或原子后的改性情况。
共轭聚合物，特别在其固态状态下激发能量能够有效传递，使得少量缺陷的影响被放大，对其光电性质产生巨大影响。
因此对共轭聚合物结构缺陷的研究，包括缺陷成因与控制、缺陷密度的分析、缺陷的分子结构与电子结构特征等，对于高品质材料的研发具有重要的意义。
关键词共轭聚合物，PPV，光电材料，合成改性，修饰改性目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 共轭聚合物概述 (1)1.1.1 共轭聚合物的分类 (4)第2章PPV类共轭聚合物 (5)2.1 PPV类共轭聚合物简介 (5)2.2 共轭聚合物的缺陷 (6)2.2.1 PPV 的四面体缺陷 (8)2.2.2 PPV的氧化缺陷 (9)2.2.3 顺式缺陷 (10)第3章PPV共轭聚合物的改性研究 (13)3.1 PPV类聚合物的结构修饰 (13)3.1.1 侧链修饰 (14)3.1.2 主链修饰 (18)总结 (20)参考文献 (21)第1章绪论1.1共轭聚合物概述随着社会的发展，显示技术目前已经成为无论是信息化还是人们日常生活都离不开的高科技领域。
阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、无机LED、等离子体显示(PDP)和荧光管显示(VFD)等显示技术都在不断的被改进和完善，以适应社会和市场的要求。
CRT显象管技术是目前历史最悠久、技术最成熟、市场份额最大的一项显示技术，但是由于它体积大、电压高、功耗大、质量大以及难于制备出大面积显示器，所以越来越不能满足显示领域的要求。
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有机共轭聚合物概述
摘要:概述了有机共轭聚合物以其独特性质在有机发光、有机自旋电子学等多个领域的应用,同时介绍了有有机共轭聚合物的元激发,孤子、极化子和双极化子。
关键词:有机共轭聚合物功能特性元激发
1 有机共轭聚合物的功能特性
有机共轭聚合物作为一种新型的功能材料,人们已逐渐认识到其丰富的功能特性。
从小分子到高分子,其电磁光等特性越来越明显。
早在20世纪70年代初,Heeger,Macdiamid及Shirakawa等人发现通过对绝缘材料聚乙炔进行掺杂,其电导率急剧提高,可增加几个甚至十几个数量级。
某些聚合物的电导率接近甚至超过金属铜(铜的电导率为6105)。
还有些聚合物材料如(SN)x在极低的温度(Tc=0.15K)下具有超导电性。
有特殊结构的有机半导体可能具有磁性,如高分子－金属配合物、分子内含氮氧稳定自由基团结构的有机化合物、平面大π键结构的有机物以及电子转移复合物等。
有机发光二极管(OLEDs)是有机分子材料的一个重要应用,目前以小分子合成的发光器件已经实用化,高分子有机发光二极管也达到实用标准。
总之,有机共轭聚合物由于其丰富的电、磁、光等功能特性,现已在有机发光、有机场效应管、塑料电子学、有机铁磁体和分子电子学等多个领域得到了广泛的应用和研究。
有机共轭聚合物是软凝聚态物质的典型代表,也是理解有机体、生物物质的基础。
有机半导体(OSEs)由于它的特殊性(“软”性),可和磁性层形成一个良好的接触,且由于其弱的自旋－轨道耦合和超精细相互作用,相应的自旋扩散长度比较长,因而是实现自旋极化输运理想的候选材料。
目前有机共轭聚合物在自旋电子学中的研究也已逐步展开。
2 有机共轭聚合物中的元激发
有机材料与通常的无机半导体材料相比有本质的不同。
有机材料由于强的电子－晶格相互作用,有结构上的“软”性,任何电荷密度的改变都可能导致系统结构的再构。
它的载流子不是通常意义上的电子或空穴,也不是以扩展态的形式存在,而是形成所谓的“自陷态”或“局域元激发”,如孤子,极化子或双极化子。
且有机材料中的载流子具有准粒子的性质,我们可以找到其准确位置。
深入理解聚合物中各种元激发对于研究聚合物的光电性质以及其中的电荷和自旋相关输运有重要意义。
2.1 孤子
有机共轭聚合物由于其链间耦合较弱,可认为具有准一维的链结构,如图1。
聚乙炔材料是最简单的共轭聚合物,它是由乙炔聚合而成。
碳原子有四个价电子,其中三个通过杂化与两个碳、一个氢原子在XY
面内形成键。
120°的键间夹角可以组成碳的两种可能结构,即反式聚乙炔(如图1(a))和顺式聚乙炔(如图1(b))。
在这两种同分异构体中,都剩下一个关于z轴对称的轨道价电子(π电子),这个电子导致了部分占据的能带结构,它导致了聚乙炔的重要电学性质。
(如图1)
聚乙炔链中的等键长结构并不稳定,会发生所谓的Peierls相变,即形成长键和短键交错排列的二聚化结构,如图1(a)所示的双键代表短键,单键代表长键,它可理解为CH基团左右移动的结果,单键长0.145nm,双键长0.135nm,这样的结构要比等键长排列有更低的能量。
显然,根据对称性,反式聚乙炔的单双键交换不改变系统的能量,即存在两个最低的能量态A相和B相。
设原来整个聚乙炔链都处于基态A相,若将它的其中一段激发为B相,就出现了两个过渡区域。
在左半部分A相过渡为B相,称为正畴壁;在右半部分再由B相过渡回A相,此过渡区域称之为反畴壁。
由于A相B相的能量相同,激发的能量都集中在正反畴壁中,因而正反畴壁就是反式聚乙炔中的元激发―孤子或反孤子。
当孤子形成后,基态时的周期势场被破坏,使能带结构中一些能级会从原来的连续能带中分离出来,形成深能级。
若系统没有掺杂,孤子激发后电子的总数不变,体系仍为电中性,为中性孤子;若系统被掺杂,可形成正电孤子或负电孤子。
因此,孤子激发与电子、空穴激发有很大的不同。
对于后者,只是一个电子从价带跃迁至导带,晶格结构和能带结构都不改变;对于前者,电子进入导带后,晶体结构和能带结构都
随之改变,因而孤子是电子和晶格相互耦合的集体激发。
由于聚合物中电子－晶格的强耦合作用,孤子的这个特点也是聚合物中其他元激发的共同特点。
2.2 极化子和双极化子
聚合物系统中的极化子可以认为是由一对孤子和反孤子组成的束缚态,其形状类似于晶格中极化子所产生的晶格畸变,因而这种元激发称为极化子。
因为极化子是由两个孤子所形成的,当两个孤子距离很远时,每个孤子都有一个分立能级位于能隙的中心,因而这两个能级是简并的,当两个孤子逐渐靠近时,孤子与反孤子相互重叠而发生相互作用,于是这两个简并能级分裂开来,一个变成为成键能级,另一个变成为反成键能级。
中性极化子中的孤子和反孤子之间总存在着吸引力,两者相互吸引而复合,因此中性极化子是不稳定的。
当施主杂质(受主杂质)提供(拿走)一个电子,则极化子带负电(正电),具有正常的电荷－自旋关系,称为负电极化子(正电极化子)。
具有非简并基态的聚合物链不能形成孤子元激发,只能形成极化子。
在基态非简并的系统中,由于两相之间存在能量差,链中可激发起孤子－反孤子对,这一对孤子－反孤子之间存在着吸引力,它将孤子－反孤子对拉在一起形成束缚态,使得孤子和反孤子不能分离,这种束缚态的现象称为禁闭效应。
这样,不管孤子和反孤子带什么电荷,即使两者都带同号电荷,孤子和反孤子之间的禁闭作用总是存在的。
同号电荷之间的库仑排斥力随距离的增加要减弱,而禁闭力不随距离的增加
而减弱,因而库仑排斥力是不能解除禁闭的,且带有相同电荷的孤子和反孤子仍可被束缚在一起。
意味着可以存在电荷为的极化子,这种孤子和反孤子都带电的极化子称为双极化子。
在基态非简并的系统中,可以存在正电双极化子和负电双极化子。
在基态简并系统反式聚乙炔中,只能存在孤子和电荷为的单极化子。
3 结语
有机聚合物材料通过掺杂或光电诱导可以产生孤子、极化子等非线性元激发,这是有机半导体与传统的无机半导体的根本区别所在。
它们对应着不同的电荷－自旋关系,只有中性孤子和带单个电荷的极化子携带1/2自旋。
深入理解聚合物中各种元激发对于研究聚合物的功能特性尤其是OLED的发光机理、有机自旋阀器件中的自旋相关输运具有重要的意义。