电致发光高分子功能材料的应用..
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高分子化工材料的应用现状及发展趋势探析摘要:高分子化工材料在化工材料中占有非常重要的地位。
它是化学材料中一个非常重要的研究方向,在许多行业中发挥着不可替代的作用。
随着各种技术的不断进步,高分子化工材料获得了新的发展机遇。
专业人士对聚合物化工材料的性能提出了更高的标准,从根本上满足了多元化发展的实际需要。
关键词:高分子;化工材料;应用现状;发展趋势1高分子化学材料的应用现状1.1在军工领域的应用与其他材料相比,高分子材料具有很强的耐热性和耐腐蚀性,因此在军事工业中得到了广泛的应用。
大多数高分子材料都是特殊的,可以在短时间内取代金属材料。
同时,聚合物材料还具有金属材料所不具备的便携性特点。
高分子材料在军事工业中的发展也很有前景。
1.2 在建筑领域的应用聚合物化学材料主要用于建筑领域的室内。
由于高分子化学材料具有很强的耐磨性和抗压性,因此可以很好地延长其使用寿命。
此外,高分子材料还可以有效降低材料成本,对提高装修质量和档次起到重要作用,对我国建筑装饰行业的发展也有很大的推动作用。
1.3 在民用领域的应用高分子化工材料在民用领域的应用主要体现在轮胎、绝缘防护套管等方面。
这些高分子材料可以以较低的成本发挥最大的作用,因此受到民用领域的欢迎。
2常见的高分子化工材料2.1 高分子智能材料目前,聚合物智能材料已广泛应用于我国各行业。
这种材料也可以随着环境的变化而不断变化。
大多数聚合物智能材料具有很强的修复能力,可广泛应用于建筑行业。
大多数聚合物智能材料在寒冷天气下呈固体形状,在炎热天气下可以通过90%的光和热[2]。
相信随着科学技术的不断发展,高分子材料也将更好地造福人类。
2.2稀土催化材料稀土催化材料作为一种常见的高分子化工材料,也为环境保护做出了更大的贡献。
大多数稀土催化材料都是以稀土元素为基础的,以提高整个材料的性能。
20世纪以来,大多数研究人员开始对催化材料进行研究,并取得了一些进展。
越来越多的研究人员将不同类型的稀土化合物有效地结合起来,形成聚合物材料。
浅谈:功能高分子材料分类与性能应用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。
通常,人们对特种和功能高分子的划分普遍采用按其性质、功能或实际用途划分的方法,可以将其分为八种类型。
1、反应性高分子材料包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染料,特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。
2、光敏性高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光电材料及光致变色材料等。
3、电性能高分子材料包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其他电敏感性材料。
4、高分子分离材料包括各种分离膜、缓释膜和其他半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。
5、高分子吸附材料包括高分子吸附树脂、吸水性高分子等。
6、高分子智能材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH值、压力感应材料等。
7、医用高分子材料包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。
8、高性能工程材料如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能纤维材料等。
常见的几种功能高分子材料离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂,含有H 离子结构,能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂,含有OH-离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
高分子催化剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能,反应在常温、常压下进行,催化活性极高,几乎不产生副产物。
近十年来,国内外多有研究用人工合成的方法模拟酶,将金属化合物结合在高分子配体上,开发高活性、高选择性的高效催化剂,这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
高分子材料与我们的生活高分子材料作为新时期的全新全能型材料,是现代人类发展的重要支柱,是发展高新科技的基础与先导,高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平,对人类的发展将会出现前所未有的促进。
本文将从高分子材料的定义、主要种类、应用和以塑料为例介绍与人类生活息息相关的高分子材料的相关常识。
定义高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,通常分子量大于10000,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。
所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。
来源高分子材料按来源分为天然、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。
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。
高分子材料按来源分类高分子材料按来源分,可分为天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料。
天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、蚕丝、橡胶、淀粉等。
合成高分子材料以及以高聚物为基础的,如各种塑料,合成橡胶,合成纤维、涂料与粘接剂等。
生活塑料高分子材料遍及各行各业,各个领域:包装,农林牧渔,建筑,电子电气,交通运输,家庭日用,机械,化工,纺织,医疗卫生,玩具,文教办公,家具等等。
塑料巳被广泛用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域。
农业方面:大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、鱼网、养殖浮漂等。
功能高分子材料近30年来,高分子化学与高分子材料工业发展迅猛,功能高分子材料也得到了蓬勃发展。
所谓功能小是指这类高分子除了机械特性外,另有其他功能。
例如:光、电、磁性能,对特定金属离子的选择螯合性,以及生物活性等,这些都与高分子材料中具有特殊结构的官能团密切相关。
功能高分子的独特性使其在诸多领域得到了广泛应用,并具有巨大的发展潜力,引起了人们广泛注意。
一、功能高分子材料简介功能高分子是60年代末迅速发展起来的新型高分子材料。
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,必将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。
1、功能高分子材料的定义对物质、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、功能高分子材料的分类功能高分子材料分为两类:一类是在原来高分子材料的基础上,使其成为具有更高性能和功能的高分子材料,另一类是具有新型功能的高分子。
二、功能高分子材料发展现状1、具有光、电、磁功能的高分子材料(1)光功能高分子材料所谓光功能材料就是指在外场如力、声、热、电、磁、光等场的作用下, 其光学性质会发生改变的材料。
主要包括磁光、声光、电光、压光及激光材料。
有人说21世纪将是人类的信息社会。
实际上传递、记录、储存信息的媒介和实体大多是光功能材料。
因此, 可以说光功能材料是21世纪的材料, 它将改变整个信息社会。
【2】第一,光导纤维目前以20 的年增长率迅速发展,今后的发展重点是开发低光损耗、长距离光传输的光纤制品;第二,光导高分子在光照时能引起电阻率的明显下降,已取代硒鼓,成为复印机、激光打印中的关键材料;第三,功能高分子在太阳能转换中的应用是当前国际上的研究热点,研究方向包括光热转换、光化学转换和光电转换三个方面。
(2)电功能高分子材料电功能高分子材料包括:导电、压电、超导材料,可用于输电、电池、IC电路、精密机器、武器制造等尖端技术领域“。
1.功能高分子概述功能高分子材料是指那些具有独特物理特性(如光,电,磁灯)或化学特性(如反应,催化等)或生物特性(治疗,相容,生物降解等)的新型高分子材料主要研究目标和内容:新的制备方法研究,物理化学性能表征,结构与性能的关系研究,应用开发研究。
2.构效关系分析官能团的性质与聚合物功能之间的关系,功能高分子中聚合物骨架的作用,聚合物骨架的种类和形态的影响。
3.什么叫反应型高分子?应用特点?反应型功能高分子材料是指具有化学活性,并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料,包括高分子试剂和高分子催化剂。
应用特点:具有不溶性,多孔性,高选择性和化学稳定性,大大改进了化学反应的工艺过程,且可回收再用。
4.常用的氧化还原试剂,卤代试剂,酰基化试剂分别有哪些?常用的氧化还原试剂:醌型,硫醇型,吡啶型二茂铁型,多核芳香杂环型。
卤代试剂:二卤化磷型,N-卤代酰亚胺型,三价碘型。
酰基化试剂(分别使氨基,羧基和羟基生成酰胺,酸酐和酯类化合物):高分子活性酯和高分子酸酐。
5.高分子酸碱催化剂的制备及应用阳离子交换树脂:苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚,可得到交联聚苯乙烯,将交联聚苯乙烯制成微孔状小球,再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等,可得到各种阳离子交换树脂。
CH=CH 22CH=CH 2+CH-CH 2-CH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2nCH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2CH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2交联苯乙烯P P SO 3H + H 2SO 4(发烟)+ H 2O交联苯乙烯强酸性阳离子交换树脂水处理剂、酸性催化剂阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂,产率高,污染少,便于分离阴离子交换树脂:在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基,则得到阴离子交换树脂水处理剂?P P CH 2Cl 交联苯乙烯强碱性阴离子交换树脂HCHO,HCl 2P CH 2N +(CH 3)3Cl -P CH 2N +(CH 3)3OH -33NaOH阴离子交换树脂还能作为碱催化剂离子交换树脂的用途:水处理——重水软化,污水去重金属离子,海水脱盐,无离子水的制备作为酸碱催化剂的用途:酯化反应,醇醛缩合反应,环氧化反应,水解反应,重排反应6.导电的基本概念材料的导电性能通常是指材料在电场作用下传导载流子的能力,导电能力的评价采用电导(用西门S 表示)或者阻抗(在纯电阻情况下用欧姆R 表示)为物理量纲进行表述。
高分子化工材料的特点、用途和发展现状摘要:现代工业生产、人们生活之中,对于高分子化工材料的需求在不断的增加。
高分子化工材料能够有效融入到人们的日常生活之中,给人们的生产、生活提供较大的便利。
主要是从稀土催化材料、聚烯烃材料以及生物医用材料入手,对高分子化工材料的特点、用途和发展现状进行详细而全面的分析和说明。
关键词:高分子化工;材料;特点;用途;发展现状高分子化工主要是将高分子作为基础进行复合,合成高分子化合物,同时将共混材料的成品和制备进行有效制造的工业形式。
通过从材料使用和产品用途进行有效划分的时候,能将高分子化工分为多样工业形式,比如说橡胶工业、塑料工业、橡胶工业以及化学纤维工业等。
1 高分子材料特点概述第一,分子量大。
因分子是高分子化工材料的基本单位,因此在高分子化工材料中的分子数量非常多,并且分子的质量也较高。
而又因高分子化工材料内部的分子数量多,使得分子之间的排列比较紧密,其紧密性会更强。
第二,多分散性。
高分子化工材料中的相对分子质量和尺寸都远大于小分子或者中分子,并且其分子形态更为多样,因此分子会呈现多分散性。
2 高分子化工材料的用途2.1 军工领域军工业的产品需要能应对较为恶劣的环境,例如高热、较强的严寒等,因此产品的材料性能是十分重要的,要能很好地经受恶劣环境的考验,高分子化工材料所具有的良好耐热、耐腐蚀等优点正好可以满足军工产品的材料需求,为此在军工业的防弹衣、抗高温保护罩制作方面都会使用高分子化工材料,而高分子材料性能的可设计性又能进一步为军工业的产品材料提供良好的技术保障。
除此之外,在交通运输和海洋工程等领域高分子化工材料也是其不可缺少的基础性材料。
随着对高分子化工材料的不断研究和发展,高分子化工材料已经能有效地替代部分金属材料的作用,展示其所拥有的既轻又强的特点。
2.2 稀土领域在稀土领域中高分子化学材料主要是指稀土催化材料,稀土催化材料有多种,如稀土钙钛矿催化材料、分子筛稀土催化材料等,这些材料有着使用方便、抗毒性强、耐高温等特点,使用的范围较大,是当前很多环保催化剂的原材料。
发光材料的发光机理以及各种发光材料的研究进展罗志勇20042401143摘要:发光材料种类繁多,自然界中很多物质都具有不同程度的发光现象。
本文通过按照不同的发光机理,将现在常见的发光物质进行分类,并介绍他们的发展与研究进展。
关键词:发光材料发光机理进展1.前言物质的发光可由多种外界作用引起,如电磁辐射作用、电场或电流的作用、化学反应、生物过程等等。
根据不同的发光原因,可以将发光材料分为光致发光材料、电致发光材料、化学发光材料等等。
发光材料涉及了无机和有机功能材料和固、液、气三种聚集状态,所以又可以将发光材料分为无机固体发光材料和有机发光材料等等。
现在人们研究得比较深入的有有机电致发光材料、有机光致发光材料、有机偏振发光材料、稀土高分子发光材料、无机电致发光材料、纳米稀土发光材料等等。
不同的发光材料可以应用于各种光源、显示器等现代显示技术之中。
2.发光材料的发光机理2.1光致发光材料发光机理光致发光材料是指在一定波长的光照射,材料分子中基态电子(主要是π电子和f、d电子)被激发到高能态,电子从高能态回到激发态时,多余的能量以光的形式散发出来,达到发光的目的。
这种发光材料称为荧光材料,大部分的稀土发光材料均以这种方式发光,原因是稀土元素基本都具有f电子,并且f电子的跃迁方式多样,因此稀土元素是一个丰富的发光材料宝库。
2.2电致发光材料发光机理电致发光是在直流或交流电场的作用下,依靠电流和电场的激发使材料发光的现象,也称场致发光。
电致发光的机理有本征式和注入式两种。
本征式场致发光是用交变电场激励物质,使产生正空穴和电子。
当电场反向时,那些因碰撞离化而被激发的电子,又与空穴复合而发光。
注入式场致发光是指n-型半导体和p-型半导体接触时,在界面上形成p-n结。
由于电子和空穴的扩散作用,在p-n结接触面的两侧形成空间电荷区,形成一个势垒,阻碍电子和空穴的扩散。
n区电子要到达p区,必须越过势垒;反之亦然。
当对p-n结施加电压时会使势垒降低。
导电高分子材料及其应用学生姓名:指导老师:1.前言长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到了广泛的应用。
关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性,将其作为电绝缘材料使用,而它的导电性的发现,研究及开发则比较晚,直到1977年才发现了第一个导电有机聚合物———掺杂型聚乙炔(用电子受体掺杂) ,电导率可提高约12个数量级,最高可接近103S/cm,达到金属Bi的电导率。
导电高分子材料以其易于成型加工、耐腐蚀、质量轻等优点,越来越受到重视。
2.导电高分子材料的分类及性能80年代以来,作为高分子材料发展的一个新领域,导电高分子材料的研究与开发已成为功能材料研究的一个重要方面。
按导电本质的不同,导电高分子材料分复合型和结构型两种。
前者是利用向高分子材料中加入各种导电填料来实现其导电能力,而后者是从改变高分子结构来实现其导电能力。
2.1 复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是指经物理改性后具有导电性的材料。
一般是指将导电性填料经改性后掺混于树脂中制成的。
根据导电填料的不同,又可分为碳黑填充型及金属填充型。
复合型材料是目前用途最广用量最大的一种复合型导电材料。
2.1.1 碳黑填充型碳黑填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种。
一是因为碳黑价格低廉、实用性强。
二是因为碳黑能根据不同的导电要求有较大的选择余地。
聚合物碳黑体系电阻率可在10~108W之间调整,不仅可以消除和防止静电,还可以用作面装发热体,电磁波屏蔽以及高导体电极材料等。
三是导电持久稳定。
其缺点是产品颜色只能是黑色而影响外观。
碳黑填充型导电机理可用导电能带、隧道效应和场致发射发射来解释。
2.1.2 金属填充型导电材料金属填充型导电高分子材料起始于70 年代初期,开始仅限于金属粉末填充用于消除静电的场合或用于金、铁、铜粉配制导电粘合剂。
目前已使用的方法有表面金属化和填充金属型两种。
表面金属化即采用电镀、喷涂、粘贴等方法使塑料制品表面形成一层高导电金属。
电致发光高分子材料的研究前沿与进展有机电致发光材料经过了几十年的发展,已经取得了长足进展。
材料的亮度、稳定性以及发光效率都得到了很大的提高,一些基色材料已经达到或者接近商业化开发的程度,并已经有一些小尺寸的器件投放到了市场。
但是蓝光材料仍没有达到真正可商业化开发应用的地步,这在一定程度上成了制约有机柔性平板显示技术发展的瓶颈之一,归结起来这很大程度上跟有机电致发光理论的不成熟有关。
现行的有机电致发光理论很大程度还是借鉴经典无机半导体物理理论而发展起来的,对现有有机电致发光研究中不断涌现的一些问题,只能是就事论事地进行经验解释,不能像经典半导体物理那样可以有很好的规律性理论来直接指导和规范具体研究,给人以“摸着石头过河”的感觉有机电致发光材料研究中的一些比较突出问题主要体现在以下方面。
首先,对电极功函的准确测定,对电极功函与材料的LUMO 和HOMO 能级之间的匹配而形成的势垒在具体器件性能中所扮演角色的定位,以及一些共聚物材料的LUMO 和HOMO 能量的确定等问题目前还没有一个圆满解决方案。
其次,由量子化学原理,有机半导体材料电致发光效率一般是光致发光效率的25 % ,但是已经有报道称有器件的电致发光效率可达到10 % ,而这样高的电致发光效率是现有很不完善的器件工艺所不可能达到的,这也是对传统半导体理论的巨大挑战。
就寡聚物而言,由于共轭长度有限的缘故,电子空穴对复合产生的激子由三线态激发态返回到基态的速度较快,所以该类材料的发光效率严格符合量子自旋规律。
而对具有较长共轭长度的高分子材料而言,如果电子空穴对复合产生的激子由三线态激发态返回到基态的速度较慢,则三线态激发态可以有足够的时间通过系间窜跃而变成单线态激发态。
后者如果以很快的速度返回基态,就可以实现对高分子材料发光效率的大幅度提高。
虽然有人用热激发与计算机模拟计算的方法得到了高分子材料在光激发下产生的三线态与单线态之间的能隙大约在3 —6meV之间,并且发现该能隙跟高分子材料的凝聚态结构有很大关系,但是真正意义上实现聚合物材料以100 %的量子效率发光目前还没有实现[48 ] 。
电功能材料的原理和应用概述电功能材料是一类具有特殊电性能的材料,可以在电场或电流的作用下显示出电子、离子、光子等特殊的电学性质。
这些材料在各种电子设备和能源领域中具有广泛的应用,包括显示技术、传感器、储能设备等。
原理电功能材料的特殊电学性质是由其内部结构和化学组成决定的。
以下是几种常见的电功能材料以及其原理:1.电致变色材料: 通过外加电场改变材料的结构从而改变其吸收或反射光线的特性。
常见的电致变色材料包括液晶和电致变色聚合物。
2.电流变材料: 在电场或电流的作用下,会产生形变或位移,从而改变材料的形态或机械性能。
最常见的电流变材料是压电材料和形状记忆合金。
3.电光材料: 在电场或电流的作用下,会产生光的变化。
最常见的电光材料是发光二极管(LED)和电致发光材料。
4.电化学材料: 可以在电场或电流的作用下发生化学反应,例如电解质和电极材料。
这些电功能材料的原理和特性使得它们可以在各种应用中发挥重要作用。
应用电功能材料在多个领域都有广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域:1. 显示技术电功能材料在显示技术方面有着重要的应用。
例如,液晶材料广泛应用于液晶显示器(LCD),通过改变材料的结构来控制光的透过或阻碍,实现图像的显示。
此外,电致变色聚合物也被用于电子墨水和可穿戴设备的显示屏。
2. 传感器电功能材料在传感器技术中扮演着重要的角色。
压电材料可将机械压力或应变转化为电荷或电压信号,用于压力传感器、加速度计等。
电解质材料可用于电化学传感器,如PH传感器和气体传感器。
3. 储能设备电功能材料在储能方面也具有重要的应用。
锂离子电池和超级电容器等储能设备中使用了电化学材料,通过电化学反应实现储存和释放能量。
4. 光电子器件光电子器件中常用的电功能材料包括LED和光电二极管。
这些材料能够将电能转化为光能,并用于照明、光通信和显示等领域。
5. 其他应用电功能材料还被广泛应用于电子器件、电子产品、能源转换和催化剂等领域。
《功能高分子材料》复习1、说明离子交换树脂的类型及作用机理?试述离子交换树脂的主要用途。
类型与作用机理:(1)离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。
能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂被称作阳离子交换树脂;能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂被称作阴离子交换树脂。
(2)按其物理结构的不同,可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。
(3)氧化还原树脂。
指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。
在交换过程中,树脂失去电子,由原来的还原形式转变为氧化形式,而周围的物质被还原。
(4)两性树脂。
两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的,互相靠得较近,呈中和状态。
但遇到溶液中的离子时,却能起交换作用。
树脂使用后,只需大量的水淋洗即可再生,恢复到树脂原来的形式。
(5)热再生树脂。
在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。
(6)螯合树脂。
用途:(1)水处理。
水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。
(2)冶金工业。
离子交换是冶金工业的重要单元操作之一,离子交换树脂还可用于选矿。
(3)原子能工业。
利用离子交换树脂对核燃料进行分离、提纯、精制、回收等。
离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。
(4)海洋资源利用。
利用离子交换树脂,可从许多海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料。
(5)化学工业。
离子交换树脂普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯,浓缩和回收等。
离子交换树脂用作化学反应催化剂,可大大提高催化效率。
(6)食品工业。
离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。
(7)医药卫生。
离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。
(8)环境保护。
离子交换树脂在废水,废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用。
2、按膜的功能简述高分子分离膜的分类及其分离机理。
(1)分离功能膜(包括气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜)(2)能量转化功能膜(包括浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电能转化膜,导电膜)(3)生物功能膜(包括探感膜、生物反应器、医用膜)膜分离的机理主要是两种:过筛作用和溶解扩散作用。
有机光电材料的合成与应用在当今科技飞速发展的时代,有机光电材料作为一种新兴的材料领域,正逐渐展现出其巨大的潜力和广泛的应用前景。
有机光电材料是一类由有机分子组成,能够实现光电转换或发光等功能的材料。
其独特的性质和优势使得它们在诸多领域,如显示技术、太阳能电池、照明、生物医学等方面都发挥着重要作用。
有机光电材料的合成是一个复杂而精细的过程,需要综合运用有机化学、物理化学和材料科学等多学科的知识和技术。
常见的合成方法包括化学合成法和物理合成法。
化学合成法是通过有机化学反应将小分子前体逐步连接成大分子的有机光电材料。
例如,通过 Suzuki 偶联反应、Stille 偶联反应等,可以合成具有特定结构和性能的共轭聚合物。
物理合成法则是利用物理手段,如真空蒸镀、溶液旋涂等,将有机光电材料制备成薄膜或器件。
在合成过程中,分子结构的设计至关重要。
合理的分子结构能够赋予材料良好的光电性能。
例如,通过引入共轭体系,可以增加分子的电子离域程度,提高电荷传输能力;引入给电子和吸电子基团,可以调节分子的能级结构,从而改善材料的光电转换效率。
此外,合成条件的控制也对材料的性能有着重要影响。
反应温度、反应时间、溶剂选择等因素都会影响反应的进程和产物的纯度、形貌等。
有机光电材料在显示技术领域的应用取得了显著的成果。
有机发光二极管(OLED)就是其中的典型代表。
OLED 具有自发光、高对比度、快速响应、轻薄柔性等优点,已广泛应用于手机屏幕、电视显示屏等。
OLED 的发光原理是基于有机分子在电场作用下的电致发光。
通过选择合适的发光材料和器件结构,可以实现红、绿、蓝等各种颜色的发光,从而呈现出丰富多彩的图像。
太阳能电池是有机光电材料的另一个重要应用领域。
有机太阳能电池具有成本低、重量轻、可柔性制备等优点。
其工作原理是通过有机光电材料吸收太阳光,产生激子,然后激子分离形成自由电荷,最终通过电极收集产生电流。
目前,有机太阳能电池的效率虽然还不如传统的硅基太阳能电池,但随着材料的不断创新和器件结构的优化,其性能正在逐步提高。
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: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。
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: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: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。