光導(dǎo)電高分子材料

1、 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 定義：定義：在無(wú)光照射時(shí)絕緣體，而在光的作用下在無(wú)光照射時(shí)絕緣體，而在光的作用下其電導(dǎo)值可以增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)而變?yōu)閷?dǎo)體的高其電導(dǎo)值可以增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)而變?yōu)閷?dǎo)體的高分子材料稱之為分子材料稱之為光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料。這種光控。這種光控導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用中有著非常重要的意義。導(dǎo)體在實(shí)際應(yīng)用中有著非常重要的意義。光光導(dǎo)導(dǎo)電電材材料料無(wú)機(jī)光導(dǎo)電材料：無(wú)機(jī)光導(dǎo)電材料：硒、氧化鋅、硫化鎘、硒、氧化鋅、硫化鎘、砷化硒、非晶體硅等。砷化硒、非晶體硅等。有機(jī)光電材料有機(jī)光電材料:高分子光電材料高分子光電材料小分子光電材料：小分子光電材料：如蒽及如蒽及其電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物其電荷

2、轉(zhuǎn)移絡(luò)合物 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 有有機(jī)機(jī)光光導(dǎo)導(dǎo)電電材材料料線性共軛高分子材料線性共軛高分子材料帶有共軛結(jié)構(gòu)的小分子材料帶有共軛結(jié)構(gòu)的小分子材料電子給體與受體組合構(gòu)成的電荷轉(zhuǎn)移電子給體與受體組合構(gòu)成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物復(fù)合物導(dǎo)電率導(dǎo)電率 （ ）= Il /AE = nem m I-I-電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度; ; l l 材料長(zhǎng)度材料長(zhǎng)度; A-; A-材料面積材料面積; ;E-E-電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度; ; n n- -單位體積中載流子密度單位體積中載流子密度; ;e e- -電子電荷電子電荷; ; m m- -載流子的遷移率載流子的遷移率; ; 其中載流子可以是電子，孔穴，離子。光導(dǎo)電聚其

3、中載流子可以是電子，孔穴，離子。光導(dǎo)電聚 合物中，主要是電子和孔穴。合物中，主要是電子和孔穴。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系1. 1. 光導(dǎo)電性的測(cè)定與影響因素光導(dǎo)電性的測(cè)定與影響因素材料的導(dǎo)電性能一般用導(dǎo)電率表示。定義是單位材料的導(dǎo)電性能一般用導(dǎo)電率表示。定義是單位電場(chǎng)強(qiáng)度下測(cè)出的電流強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度下測(cè)出的電流強(qiáng)度： 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系光導(dǎo)電率主要與載流子的密度，遷移率有關(guān)。載光導(dǎo)電率主要與載流子的密度，遷移率有關(guān)。載流子的遷移率流子的遷移率 m m = = d d 2 2 /Vt /Vt （d-d-

4、材料厚度，電壓，漂移時(shí)間）材料厚度，電壓，漂移時(shí)間）一般以感度（一般以感度（G）來(lái)衡量高分子光導(dǎo)電性能。）來(lái)衡量高分子光導(dǎo)電性能。G =IpeI0（1-T）AIp 產(chǎn)生的光電流；產(chǎn)生的光電流； I0 入射光強(qiáng)度；入射光強(qiáng)度；T 透過(guò)率，透過(guò)率，A-光照面積。光照面積。 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系2. 2. 光導(dǎo)電機(jī)理光導(dǎo)電機(jī)理 光導(dǎo)電的基礎(chǔ)是在光激發(fā)下材料內(nèi)部的載流光導(dǎo)電的基礎(chǔ)是在光激發(fā)下材料內(nèi)部的載流子密度能夠迅速增加，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。子密度能夠迅速增加，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。 在理想狀態(tài)下，光材料吸收一個(gè)光子后躍遷到在理想狀態(tài)下，光材料吸收一個(gè)光子后躍遷到激發(fā)態(tài)

5、，從而產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，生成一個(gè)載流激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，生成一個(gè)載流子，在電場(chǎng)的作用下載流子移動(dòng)產(chǎn)生光電流。子，在電場(chǎng)的作用下載流子移動(dòng)產(chǎn)生光電流。 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系2. 2. 光導(dǎo)電機(jī)理光導(dǎo)電機(jī)理 對(duì)于分子型光電材料，形成光導(dǎo)載流子的過(guò)對(duì)于分子型光電材料，形成光導(dǎo)載流子的過(guò)程有以下兩步：程有以下兩步：（1 1）分子中的基態(tài)電子在光的作用下激發(fā)，然后）分子中的基態(tài)電子在光的作用下激發(fā)，然后一部分激發(fā)態(tài)電子通過(guò)耗散回到基態(tài)；另一部分一部分激發(fā)態(tài)電子通過(guò)耗散回到基態(tài)；另一部分發(fā)生離子化，形成所謂電子發(fā)生離子化，形成所謂電子- -空穴對(duì)。后者對(duì)光導(dǎo)空穴對(duì)

6、。后者對(duì)光導(dǎo)電過(guò)程作貢獻(xiàn)。電過(guò)程作貢獻(xiàn)。（2 2）在外加電場(chǎng)的作用下電子）在外加電場(chǎng)的作用下電子- -空穴對(duì)發(fā)生解理，空穴對(duì)發(fā)生解理，解理后的空穴或電子作為載流子可以沿電場(chǎng)力作解理后的空穴或電子作為載流子可以沿電場(chǎng)力作用方向移動(dòng)產(chǎn)生光電流。用方向移動(dòng)產(chǎn)生光電流。 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系2. 2. 光導(dǎo)電機(jī)理光導(dǎo)電機(jī)理 形成電子形成電子- -空穴對(duì)過(guò)程與外加電場(chǎng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，所空穴對(duì)過(guò)程與外加電場(chǎng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，所以電子以電子- -空穴對(duì)的數(shù)量只與吸收的光量子數(shù)和光的空穴對(duì)的數(shù)量只與吸收的光量子數(shù)和光的激發(fā)效率有關(guān)。電子激發(fā)效率有關(guān)。電子- -空穴對(duì)解離的比率也稱為感空穴對(duì)解

7、離的比率也稱為感度（度（G G）。）。D + A D+A- D+ + A-光激發(fā)電場(chǎng)力 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系2. 2. 光導(dǎo)電機(jī)理光導(dǎo)電機(jī)理 要提高光電導(dǎo)體的性能必須注意以下幾個(gè)條件。要提高光電導(dǎo)體的性能必須注意以下幾個(gè)條件。 （1 1）在光照條件一定是，光激發(fā)率越高，產(chǎn)生的激發(fā)）在光照條件一定是，光激發(fā)率越高，產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)分子越多，產(chǎn)生電子態(tài)分子越多，產(chǎn)生電子- -空穴隊(duì)的數(shù)目就越多，有利于空穴隊(duì)的數(shù)目就越多，有利于提高光電流。增加光敏結(jié)構(gòu)密度和選擇光敏化效率高提高光電流。增加光敏結(jié)構(gòu)密度和選擇光敏化效率高的材料有利于提高光激發(fā)效率。的材料有利于提高光激發(fā)效率

8、。 分子對(duì)入射光的平率分子對(duì)入射光的平率要匹配。要匹配。 一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、光導(dǎo)電機(jī)理與結(jié)構(gòu)的關(guān)系2. 2. 光導(dǎo)電機(jī)理光導(dǎo)電機(jī)理 （2 2）降低輻射和非輻射耗散效率，提高離子化）降低輻射和非輻射耗散效率，提高離子化效率，有利于電子效率，有利于電子- -空穴對(duì)的解理?？昭▽?duì)的解理。 （3 3）增加電場(chǎng)強(qiáng)度，使載流子遷移速度加快，）增加電場(chǎng)強(qiáng)度，使載流子遷移速度加快，可以降低電子可以降低電子- -空穴對(duì)重新復(fù)合的幾率，有利于提高空穴對(duì)重新復(fù)合的幾率，有利于提高光流子。光流子。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型 物質(zhì)能夠在光作用下改變電

9、導(dǎo)性質(zhì)必須以其特物質(zhì)能夠在光作用下改變電導(dǎo)性質(zhì)必須以其特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)。定的化學(xué)結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)。 從結(jié)構(gòu)上劃分，一般認(rèn)為有三種類型的聚合物從結(jié)構(gòu)上劃分，一般認(rèn)為有三種類型的聚合物具有光導(dǎo)性質(zhì)：具有光導(dǎo)性質(zhì)：高分子主鏈中有較高程度的共軛結(jié)構(gòu)。高分子主鏈中有較高程度的共軛結(jié)構(gòu)。高分子側(cè)鏈上大的共軛結(jié)構(gòu)，連接多環(huán)芳烴。高分子側(cè)鏈上大的共軛結(jié)構(gòu)，連接多環(huán)芳烴。高分子側(cè)鏈上連接各種芳香胺或者含氮雜環(huán)，其高分子側(cè)鏈上連接各種芳香胺或者含氮雜環(huán)，其中最重要的是咔唑基，空穴是主要載流子。中最重要的是咔唑基，空穴是主要載流子。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類

10、型 1. 線性共軛高分子光導(dǎo)電材料線性共軛高分子光導(dǎo)電材料 線性共軛導(dǎo)電高分子材料在可見(jiàn)光區(qū)有較線性共軛導(dǎo)電高分子材料在可見(jiàn)光區(qū)有較強(qiáng)的光吸收系數(shù)，吸收光能后在分子內(nèi)產(chǎn)生孤強(qiáng)的光吸收系數(shù)，吸收光能后在分子內(nèi)產(chǎn)生孤子、極化子和雙極化子作為載流子，子、極化子和雙極化子作為載流子， 因此導(dǎo)電因此導(dǎo)電能力大大增加，表現(xiàn)出很強(qiáng)的光導(dǎo)電性能。能力大大增加，表現(xiàn)出很強(qiáng)的光導(dǎo)電性能。 這這類線性共軛高分子作為電子受體，做光電材料類線性共軛高分子作為電子受體，做光電材料時(shí)需要在體系內(nèi)提供電子受體。時(shí)需要在體系內(nèi)提供電子受體。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型 2

11、. 側(cè)鏈帶有大共軛結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)電材料側(cè)鏈帶有大共軛結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)電材料 帶有大的芳香共軛結(jié)構(gòu)的化合物一般都表帶有大的芳香共軛結(jié)構(gòu)的化合物一般都表現(xiàn)出較強(qiáng)的光導(dǎo)性質(zhì)，將這類共軛分子連接到現(xiàn)出較強(qiáng)的光導(dǎo)性質(zhì)，將這類共軛分子連接到高分子骨架上則構(gòu)成光導(dǎo)高分子材料。由于絕高分子骨架上則構(gòu)成光導(dǎo)高分子材料。由于絕 大多數(shù)多環(huán)芳烴和雜芳烴都有較高的摩爾吸光大多數(shù)多環(huán)芳烴和雜芳烴都有較高的摩爾吸光系數(shù)和量子效率，一次可選原料非常多。系數(shù)和量子效率，一次可選原料非常多。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型二、光導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)類型 3. 側(cè)鏈連接芳香胺或者含氮雜環(huán)的光導(dǎo)電材料側(cè)鏈連接芳香胺或者

12、含氮雜環(huán)的光導(dǎo)電材料 含有咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物可以是由帶有咔唑含有咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物可以是由帶有咔唑基的單體均聚而成，也可以是由帶有咔唑基的基的單體均聚而成，也可以是由帶有咔唑基的單體與其它單體共聚生成，特別是與帶有光敏單體與其它單體共聚生成，特別是與帶有光敏化結(jié)構(gòu)的共聚物更有特殊的意義。具有這類結(jié)化結(jié)構(gòu)的共聚物更有特殊的意義。具有這類結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)聚合物中，咔唑基與光敏化結(jié)構(gòu)之間構(gòu)的光導(dǎo)聚合物中，咔唑基與光敏化結(jié)構(gòu)之間是通過(guò)飽和碳鏈相連接。是通過(guò)飽和碳鏈相連接。聚乙烯基咔唑聚乙烯基咔唑配合物光導(dǎo)電材料 酞菁銅酞菁銅(CuPc)是一種重要的有機(jī)半導(dǎo)體和光導(dǎo)是一種重要的有機(jī)半導(dǎo)體和光導(dǎo)電體。由于其難以溶解，因此長(zhǎng)期得不到實(shí)際應(yīng)用。電體。由于其難以溶解，因此長(zhǎng)期得不到實(shí)際應(yīng)用。現(xiàn)在已合成出含有酞菁青銅結(jié)構(gòu)的聚酰胺?，F(xiàn)在已合成出含有酞菁青銅結(jié)構(gòu)的聚酰胺。 將這將這種聚合物與由順丁烯二酸酐、二苯甲烷二胺合成的種聚合物與由順丁烯二酸酐、二苯甲烷二胺合成的聚胺酰胺酸酯共混，再經(jīng)酰亞胺化處理，可制得含聚胺酰胺酸酯共混，再經(jīng)酰亞胺化處理，可制得含酞菁銅基酞菁銅基6.9的聚胺一酰亞胺涂膜，具有良好的的聚胺一酰亞胺涂膜，具有良好的光導(dǎo)電性。光導(dǎo)電性。 光導(dǎo)電高分子材料光導(dǎo)電高分子材料 三、光導(dǎo)聚合