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1、中国科学B辑:化学2007年第37卷第2期:105~123《中国科学》杂志社http://www.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS光电功能有机晶体研究进展**马於光沈家骢(吉林大学超分子结构与材料教育部重点实验室,长春130012)摘要近几年光电功能有机单晶的研究取得一些重要进展,是有机光电材料研究领域新的热点.与无定形材料相比,有机单晶具有高的稳定性、结构上的有序性、高的载流子迁移率等特性,在光电器件应用方面具有诸多优势.单晶具有明确的结构,为研究有机分子间的基本作用力(超分子作用)、分子的堆
2、积模式等对光电性能(发光、载流子迁移等)的影响提供了一个极好的载体.通过调控有机晶体中的分子排列,有机晶体的发光效率已超过80%,载流子迁移率达102−1−1cm·V·s水平,并在多种晶体中观测到放大受激发射现象.本文着重介绍光电功能有机单晶的研究进展,其中涉及一些相关的基本原理介绍.关键词有机晶体发光迁移激光场效应1引言早在20世纪60年代,人们已经开始关注有机晶体的光电行为.1963年,在有机物蒽的单晶上首次发在过去的二十年中,有机光电功能材料领域的[11][12][1~3][4,5]现有机物的电致发光现象;1974年,
3、Avanesjan等研究在发光二极管(LEDs)、光泵浦激光、场效[6~8]观察到了蒽单晶的光泵浦激光发射现象.随着有机应晶体管(FET)等方面取得了显著的进展.自从[9]单晶培养技术的逐渐成熟,研究人员获得了一些高1987年Tang等第一次用真空蒸镀成膜的方法制备质量、大尺寸有机单晶,并用于一些重大物理现象的高效率有机发光二极管(OLED)和1986年Tsumura等[10]首次报道用聚噻吩作为半导体材料制备有机场观测,例如人们在不同的有机晶体中观察到了放大[13~15]效应晶体管(OFET)以来,无定形半导体材料因其加自
4、发射(ASE)现象,使人们看到了意义更为重大工方便而成为研究与开发的主流材料.但是无定形的电泵激光的曙光.电泵激光要求在高的电流和激材料中存在的大量缺陷(包括杂质与结构缺陷)导致了子密度下工作,材料需要具有高的载流子迁移率来材料表现很低的迁移率,严重地制约着获得高性能满足这种要求;同时电荷诱导吸收和激子-激子猝灭的有机半导体器件.有机单晶中的分子排列高度有效应使材料在高激发密度时的发光效率大大降低,序、杂质含量极低,通常表现出高的迁移率;单晶是因此要求材料具有极高的发光效率来补偿这个降低.一种热力学稳定的状态,具有高的热稳定
5、性;同时单虽然目前电泵激光还没有实现,但有理由相信有机晶具有明确的结构和分子的排布形式,为研究分子晶体是最有希望的材料,因为高载流子迁移率是有间作用力、分子排列方式对固态发光效率、载流子迁机晶体的本质特征之一,通过晶体工程控制分子在移率等物理性质的影响规律提供了理想的模型体系.晶体中的聚集结构,高发光效率也是可以实现的.构近几年有机单晶材料与器件成为一个新的研究热点.筑兼具高固态发光效率和高载流子迁移率的有机单本文由徐光宪执行主编推荐收稿日期:2007-01-15;接受日期:2007-01-16国家自然科学基金(批准号:20
6、573040,20474024,90501001,50303007),科技部(批准号:2002CB6134003)和PCSIRT项目资助*联系人,E-mail:ygma@jlu.edu.cn,klssm@jlu.edu.cn106中国科学B辑化学第37卷晶是人们努力的目标.对于以上平行分子堆积引起荧光淬灭的现象,[20,21]影响有机材料固态发光效率和载流子迁移性质Cornil等在理论方面进行了深入的探讨.理论分的因素主要包括两个方面:杂质含量(化学纯度)和分析结果表明两个平行的共轭小分子当作用距离足够子偶极堆积模式.当材料
7、中含有杂质时,一方面杂质小时,由于偶极间的相互作用会对固态发光非常不会作为荧光的淬灭中心淬灭荧光,同时也会严重地利;但是如果两个分子链间的距离足够大,则可以有淬灭载流子,降低迁移率;另一方面杂质也会严重影效地减弱偶极间相互作用.增加分子(偶极)间距离的响发光器件的使用寿命.分子偶极堆积模式同时取有效方法是用大的取代基修饰分子,达到将单分子决于分子的堆积模式和分子中最低允许跃迁偶极的隔离的目的.这种增加分子间距离的方法虽然可以取向;一般来讲,完全平行的分子偶极堆积(H-聚集)有效提高固态发光效率,但是同时也是以损失分子对载流子
8、的迁移十分有利,但会严重地淬灭荧光,而间的电荷迁移为前提的,因此不是一种最理想的方错位平行的偶极堆积(J-聚集)和交叉偶极堆积(X-聚法.通过改变分子间的堆积方式(不增加分子间距离)集)是有利于固态发光效率的,如果能够通过对分子来实现高的固态发光效率是一种更有意义的方式.堆积结构的调节实现
