导电聚合物中的载流子动力学研究 (1)

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1、V11122／,96後旦大学学校代码：10246学号：031019013博士学位论文导电聚合物中的载流子动力学研究院专姓系：物理学系名：指导教师：完成日期：鄢永红吴长勤教授2006年4月10曰摘要1977年科学家们发现，通过掺杂可以将聚乙炔的导电率极大的提高，变成良导体。从此，对导电聚合物的研究就引起了人们极大的兴趣。一方面在导电聚合物的研究过程中，人们提出了一些新的观念，如聚合物中的孤子理论、有机超导体、有机材料中的分数电荷等。同时导电聚合物还是一类具有广阔应用前景的新材料。它不仅可塑性好，而且低廉，便

2、于大量生产。目前，人们已经研制出各种各样的有机光电子器件，如发光二极管，场效应管，光伏电池等。对这些器件设计，需要我们理解很多过程，如光化学反应，光激发动力学以及能量和电荷的输运，而这又涉及到电子一晶格耦合的动力学。本篇论文我们主要是研究导电高分子中的载流子的动力学性质。首先在第一章，我们将介绍导电聚合物的结构。由于聚合物具有链状结构，是准一维体系，它会出现一些新的特征，女DPeierls不稳定性，二聚化。然后我们介绍描述这种体系的模型一su．scllrie舭pHeeger模型。在第二章，我们介绍聚合物中

3、的元激发。我们知道，在高聚物中由于强的电子一晶格耦合，聚合物中的元激发是那些既包含电荷，又有晶格畸变的激发，如孤子，极化子，双极化子。我们将讨论这些元激发的电荷、自旋属性和能级结构。聚合物中的载流予就是这些元激发。在第三章，我们会简单介绍一下动力学方法，并用平均场近似的办法讨论电子一电子相互作用带来的影响。从第四章起，我们开始讨论动力学过程。首先，我们研究杂质与极化子的相互作用，主要讨论两个过程：一是电场对杂质的反钉扎效应；另一个是杂质对极化子的散射。最近，如何利用载流子的自旋属性也引起了人们的关注，我们

4、也会讨论磁性杂质所诱导的局域磁场对极化子的影响。在第五章，我们研究双极化子的动力学。首先讨论金属／聚合物／金属结构中双极化子的生成过程。我们将会发现双极化子的生成与外场紧密相关。随后再讨论双极化子的解体。双极化子比极化子稳定，因而使它解体的电场也会比极化子的高很多。最后一章，我们将讨论近来人们普遍关注的存在于非线性体系中的一种内在局域振动模一呼吸子。ⅢABSTRACTSincethediscoveryin1977thatpolyacctylenecanbedopedtoveryhighelec—uical

5、conductivityandbeconlesconductor,therehasgreatinterestinthestudyingofconductiveconjugatedpolymers．Ontheonehand,manynewconeeptshavebeenproposedduringthestudyofconductingpolymer,forexample，solitoninconductingpolymer,organicsuperconductor,fractionalchargeinp

6、olymerandsoon．Ontheotherhand,conductingpolymerisanewpromisingmaterialswiththeprocessingandper-formanceadvantagesforlow-costandlarge-areaapplication．Atpresent，numeroushigh—performancephotoelectricdevicesfabricatedfromorganicpolymershavebeenmade，includingli

7、ght-emittingdiodes，fieldeffecttransistors，photovoltaiccells，ete．Designofthesedevicesrequiresunderstandingsuchprocessesasphotochemicalreaction，dynamicsofphoto—excitation，andenergyandchargetransport,whichinturninvolvestronglycoupledelectron—latticedynamics．

8、Inthispaper,wemainlydiscussthechargecarriers’dynamicsinconjugatedpolymers．Inthefirstchapter,wewilldiscussthechemicalstructureofsomebasicconjugatedpolymers．Becauseofthechain-structure，conductingpolymerscanbeconsidere