有机光学材料

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第7章 有机光学材料

§7.1 有机材料物理基础§7.2 有机发光材料 §7.3 有机光伏材料

§7.4 有机光学非线性材料

光学材料与元件制造第七章

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7.1 有机材料物理基础

有机化合物的主要特征:都含有碳原子,即 都是含碳化合物或碳氢化合物. 绝大多数有机化合物也都含有氢,从结构 上看,所有的有机化合物都可以看作碳 氢化合物以及从碳氢化合物衍生而得的 化合物。 对 CO 、 CO2 、 CO32- 等简单化合物习惯上还 是称作无机化合物.

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1. 有机化合物的分子结构名称 组成 分子结构 沸点(℃)

分子内的键以共价键为主(共价单键、 双键、三键)

甲烷

CH4

-164

力的大小与距离的平方成反比

乙烷

C2H6C3H8 C4H10 C5H12 C6H14

-88.6-42.1 -0.5 36.1 69.0

丙烷

分子之间以较弱的氢键或范德华键 相互连接

丁烷

力的大小与原子距离的六次方成反比戊烷

有机材料显得柔软，熔点低，导电 性能差，抗环境稳定性差

戌烷

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Family

Characteristic UnitsR OH

Representative CompoundH C H H OH

Alcohols 醇有 机 物 基 本 官 能 团

Ethers 醚 Acids 酸 Aldehydes 醛 Aromatic hydrocarbons 芳烃光学材料与元件制造第七章

R O R'R CR CR

H

H H C O C H H H

OH O HOH H C OOH

Methyl alcohol 甲醇 Dimethyl ether 乙醚 Acetic acid 甲酸 Formaldehyde 甲醛 Phenol 苯酚

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有机分子的结构异构与几何异构

正丁烷，-0.5℃

异丁烷，-12.3℃

结构异构：1-丙醇与 2-丙醇，乙醇与甲醚

几何异构中：对映异构，非对映异构

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2. 有机材料的电子特性

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2. 有机材料的电子特性

C:1s22s22p2:4个外层电子2个2s成对，2个2p不成对 sp3杂化：CH4由碳原子的四个sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道 形成四面体取向分子轨道 sp2杂化：碳原子的2s轨道与两个p(px,py)轨道组合成为三个 sp2杂化轨道和一个未杂化的pz轨道 C2H4:sp2轨道——σ键； pz轨道(侧向重叠)——π键 苯：pz轨道与相邻pz轨道相互重叠，贯穿整个苯环分子的连续 π键，碳原子平面上下的电子离域化 (delocalized) π电子(或称离域电子)对于有机分子间的电流传导起了重要的 作用

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共轭化合物(conjugated compound)具有非局域电子系统的有机化合物 共轭有机材料所体现出来的优异的光电特性 是与其共轭结构中的电子状态紧密相关的

PA:聚乙炔，PPyr:聚吡咯，PT:聚噻吩，PPP:聚对苯撑， PAN:聚苯胺，PPV:聚苯撑乙烯

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分子轨道

由组成分子的原子价键轨道线性组合而成。 成键轨道：能量低于

原轨道能量，被一对自旋相反的电子所占据 反键轨道：能量高于原轨道能量，基态时候未被占据，能够被激 发态的电子所占据

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1 ( z a zb z c z d z e z f ) 6 1 b ( 2 ) (2 za zb zc 2 zd ze z f ) 2 3 1 ( 3b ) ( zb zc ze z f ) 2 1 ( 1* ) (2 za zb zc 2 zd ze z f ) 2 3 1 * ( 2 ) ( zb z c z e z f ) 2 1 * ( 3 ) ( z a zb z c z d z e z f ) 6

( 1b )

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基态与激发态基态： 电子在分子中排布时总是先占据能量最低的轨道，即符合能量最低原理。 电子排布时，每一个轨道只能容纳两个电子(pauli不相容原理),且每个轨道上运 动的电子，其自旋是相反的(Hund规则)。2s+1L :S=Σm J s

2S+1:多重态。基态时S=0,2S+1=1,绝大多数分子的基态是单重态(singlet state, S0). 1 1 当分子中含有两个未配对的、自旋方向相同的电子( =1) S 时，基态自旋多重态 2 2 2S+1=3,该分子基态处于三重态(triplet state,T0)。

激发态：

激发过程中，电子的自旋状态没有改变，激发态分子的S为零，分子处于 各种激发单重态(S1,S2,S3)。 激发过程中，跃迁的电子自旋发生了翻转，S=1,2S+1=3,分子就处于激 发三重态(T1,T2,T3)。

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有机分子的雅布伦斯基图

Abs:吸收，FI:荧光，Phos:磷光，IC:系内转换，ISC:系间窜越

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载流子

doner:失去电子能力强的有机分子；acceptor:得到电子能力强的分子 给体失去电子，其HOMO轨道空出来，相当于在HOMO轨道上产生一个空穴；其他分 子上的电子可以跳跃到这个分子的HOMO轨道上，相当于空穴在有机材料中的跳跃 (hopping)传输； 电荷载流子(电子或空穴)在分子之间或链之间跳跃(hopping),有机物的载流子迁移 率相比无机物小得多 室温下，无机半导体的载流子迁移率为100-104cm2V-1 s-1,而最有序的有机分子材料的载 流子迁移率为1cm2V-1 s-1,而且这是上限，对于无序的有机分子体系及聚合物而言，迁 移率只有上限的10-3到10-5倍。 有机材料低的 …… 此处隐藏：3221字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……