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有机共轭高分子的超分子组装和光电应用 摘要：通过调控有机共轭高分子的超分子组装，调控溶液加工光电器件，例如OLED等的器件性能，目标在于同时提高器件的迁移率和发光效率。 关键字：有机共轭高分子 超分子组装 光电器件 有机发光二极管（OLEDs）在显示、照明、背光等领域有广泛应用的前景，而引起全世界学术界和工业界的研究热点。经过二十多年的研究，有机发光二极管显示面板已经进入产业化。目前，广泛用于 OLEDs 的材料为有机小分子和聚合物材料。基于小分子材料的 OLEDs 需通过真空蒸镀工艺实现，但成品率低、材料浪费严重、不易实现大面积等缺点，而聚合物发光二极管（PLEDs）可以通过喷墨打印、旋涂、卷对卷(Roll to Roll)等溶液加工工艺来制备器件，以弥补小分子利用真空蒸镀工艺的不足。在溶液加工过程中，可以改变改变溶液的环境来调控高分子的聚集态结构，从而提高器件的性能。 1有机共轭高分子发光材料 1.1有机共轭高分子简介 通常人们认为以碳为骨架的有机高分子是绝缘材料，但共轭高分子的发现却将这种观念打破。共轭高分子不仅具有类似于金属和半导体材料的一系列电学和光学特性，同时还拥有高分子材料所特有的力学性能和加工性能。经过了多年的研究和发展，目前有机共轭高分子材料的许多成果都已经实现了产业化[1, 2]。 共轭高分子的主链中大多数含有芳环、杂环或双键、叁键这类具有离域π电子的不饱和结构，其成键和反键能带隙比较小，有的甚至小于无极半导体中的导带-价带的能隙。长链中活泼的π电子容易从轨道上逸出而成为自由电子，而大分子链内与链之间的π电子轨道重叠而形成的导电能带则为作为载流子的电子提供移动和跃迁的通道。当有了外加能量的推动或大分子链振动的推动，共轭高分子便可以传导电流[3]。这种特殊的电子结构让共轭高分子具有许多独特的光学、电学、电化学、光电方面的性能[4, 5]，是当下研究的热点。 和有机共轭高分子材料相比，发展更为成熟的无机半导体材料在光电器件上的应用已经实现了商业化，但其仍存在不少缺点，如制作成本高、污染大、工艺较为复杂、生产设备较为昂贵等。而与之相比，高分子半导体材料可以溶解加工，柔韧质轻，而且价格低廉，原料相对易得.作为具有不可替代性的新兴有机功能材料之一，共轭高分子在光电器件、信息传播、分子导线与分子器件、传感器等范畴有着广阔而诱人的应用前景[6]。 1.2有机共轭高分子的发光 常见的聚合物发光可以分为光致发光（photoluminescence，PL）和电致发光（electroluminescence，EL）[7]。光致发光是通过吸收一定的光子能量所诱导的发光现象，而电致发光则是在一定电场下被相应的电能激发所产生的发光现象。对于有机共轭高分子的发光机理，近几年的研究一般认为发光与激子的形成密切相关，其发光的过程如图1-1所示，可以总结为：1.电荷的注入，2. 载流子电荷的迁移，3. 正负电荷复合形成激子，4. 激子经辐射衰变而释放出光子，或以其他形式将能量耗散[8]。 图 图1-1 有机电致发光过程 在两种发光现象之中，一般实际应用更多的是电致发光。有机电致发光是一个涉及物理学、化学、材料和电子学等多学科的研究领域，经过了几十年的研究发展已经取得了巨大的成就，但是在大批量实用化的道路上仍然存在着以下几个问题[9]：1.器件的发光效率仍然偏低；2.器件的使用寿命太短；3.器件的稳定性也急待提高；4.发光机理的研究仍未透彻。 就目前情况来说，以有机小分子材料做成的电致发光器件已经实用化[10]，产品主要集中在小屏幕显示方面，而以有机聚合物材料为主的发光器件己在进行实用化的研究，市场前景非常广阔。 2有机共轭高分子发光器件与发光材料 OLED与PLED 在计算机设备的应用和信息化的进程对显示设备的要求的推动下，自1987年美国柯达公司制得了亮度大于1000cd/cm2、效率大于1.51m/W、驱动电压小于10V的有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）[11]开始，到现在短短的十几年内，有机电致发光（EL）取得了巨大的发展。1990年，英国剑桥大学的Burroughes等[12]制成聚合物电致发光器件（polymer light-emitting diode，PLED），使OLED的发光材料从小分子发展到高分子聚合物，让大面积OLED的简便制备成为了可能。美国加州大学的Heeger[13]将可溶性PPV衍生物MEH-PPV利用旋涂法制成了发出橙黄色光的PLED器件[14]。 和传统的阴极射线管以及液晶显示技术相比，有机EL显示器件有着诸多优势，如主动型发光、驱动电压低、亮度和发光效率较高、视角宽、响应速度快、厚度薄且重量轻等，因此有着广阔的应用前景[14]。 图1-2为电致发光器件的结