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《有机电子学导论》复习题 1.请定义发光材料，并根据激发方式、激子的多重性进行分类。 如果受激固体分子衰变到基态的方式主要以光辐射为主，则该过程将伴随光波产生，这些固体就称为发光材料。 根据激发方式的不同，发光材料可以分为光致发光、电致发光、热致发光、摩擦发光等；根据激子的多重性，可分为单线态发光即荧光和三线态发光即磷光，二者的区别主要在于激子寿命不同。 2.什么是分子的激发态、单线态、三线态？ 当分子受激后，原来处于较低能级的一个电子会跃迁到能量较高的能级，这时分子就处于激发态。激发态分子由于自旋量子数S的不同，表现出不同的多重度(2S + 1)， 对应于分子自旋量子数为0和1的态其多重度分别为1和3，这两个激发态分别称为单线态和三线态。 3.指出激发态分子回到基态的两种途径。 激子可以通过光辐射和热等非光辐射的两种方式回到基态。 也可以通过能量转移回到基态。 4.简单画出气态分子、固体的能级图，并指出二者的区别。 1）气体分子由于分子是孤立的，分子之间没有相互作用，因此分子的能级是分立的；而固体材料中由于分子之间存在相互作用，导致能带的形成。 2）另外，当气体分子形成固体后，极化能使固体材料的解离能减小，电子亲和能增大。 3）固体材料的能隙也小于相应的气体分子。 5.半导体和绝缘体的能带有何异同？ 相同点：半导体和绝缘体的能级结构中，较高能级的导带都是完全空置的，是不导电的；只有当最高占有轨道（HOMO）的价电子靠热激发或光激发的方式激发到最低空置的导带中时，材料才会导电。 不同点：半导体从价带到导带的能隙较小，较容易使其导带中纳入电子；而绝缘体的能隙较大，从价带到导带电子的跃迁几乎不可能。 6.什么是半导体的掺杂？什么是p-型半导体？n型半导体？ 半导体的导电性能可以通过加入杂质来改变，这种方式称为掺杂。 引入到半导体中的掺杂材料通常与半导体相比有不同的价电子数，如果掺杂物的价电子数少于半导体的价电子数（如硅取代砷化镓中的砷），则在价带附近就引入了一个受体能级和起主导作用的空穴载流子，这种半导体是p-型半导体。 如果掺杂物的价电子数多于半导体的价电子数（如碲取代砷化镓中的砷），则在导带附近引入一个给体能级和形成起主导作用的电子载流子，这种半导体是n-型半导体。 8.指出下列半导体的类型：1）在硅中掺杂磷，2）在硅中掺杂铝。 1）是n-型半导体；2）是p-型半导体。 9.气体分子和固体材料中，辐射跃迁光谱有何不同？ 气态分子的光辐射跃迁光谱是分立的直线，且与其激发光谱在相同的位置。 固体材料的光辐射跃迁是很宽的峰分布，并且与其激发光谱相比较，有斯托克斯位移。 10.请描述在固体材料中吸收光谱与发射光谱为宽峰的机理，以及发射光谱红移的原因。（画出分子基态、激发态的能量-分子构象坐标的势能面图，阐述Franck-Condon原理） 由于分子之间的相互作用（振动等），基态与激发态的分子的能量分布随分子半径是呈抛物线分布 抛物线的轨迹显示每个振动态的能量， Ev = (v + 1)hυ, v是振动能级，v= 0, 1, 2, …… h是普朗克常数；υ是光谱的频率。 在最低的振动能级（v = 0），分子出现的最大几率在R0或R0’；在高的振动能态（v0）分子出现的最大几率在抛物线的轨迹上，且有不同的分子半径。 由于激发态分子与基态分子化学键的不同，它们平衡态的位置R0和R0’是不相同的。 根据Franck-Condon原理，由于原子核的移动速率比电子运动速率小三个数量级，因此在考虑电子跃迁时，可以忽略原子核的运动，即认为电子跃迁时分子构象是不变的。所以在分子中的光跃迁（吸收或发射）是垂直进行的。 经过跃迁后，远离平衡态的，可通过振动能量的消耗，回到平衡态R0和R0’。因此，在分子平衡态R0和R0’的两侧都会发生光跃迁（吸收或发射），导致光谱的展宽。 由于R0和R0’位置的不同，导致发射光谱红移。 11.请指出两种能量传递的种类，以及它们发生的必要条件。 两种能量传递的方式：F?ster 能量传递和Dexter能量传递。 F?ster 能量传递：1）给体荧光光谱与受体吸收光谱的重叠程度；2）在没有猝灭物质存在的情况下，给体分子的辐射速率；3）在吸收光谱范围内，受体摩尔消光系数的大小；4）给体与受体之间的距离。。 Dexter能量传递：1）两个相关物种电子云的相互重叠，以能够保证较大的耦合作用以及较短的距离；2）一定程度的给体发射光谱与受体归一化吸收光谱的重叠；3）自旋守恒 12.请指出荧光和磷光的不同。 荧光是单线态激子到基态的跃迁，是自旋允许的，跃迁速率很快。 磷光是三线态激子到基态的跃迁，是自旋禁阻的，跃迁速率很慢。 13.请指出阴极射线发光、光致发光、电致发光的一种现代生活中的应用。 阴极射线管电视机 等离子体平板显示 有机