利用红荧烯激子能量共振分析三重态激子-电荷作用的磁电导机制

为了研究三重态激子与电荷作用(triplet-charge interaction,TCI)产生磁电导(magneto-conductance,MC)的原因,分别用Al,Li F/Al和Ca等不同功函数的金属作为阴极制作了一系列红荧烯(rubrene)型有机发光器件.在室温下Al电极器件中出现了随磁场增加单调下降的负MC.器件的电流-电压特征曲线表明,Al电极器件中空穴为多余载流子,电子注入困难易形成陷阱电荷.利用rubrene中单重态激子(singlet,S)和三重态激子(triplet,T)的能量共振改变S激子裂变(STT)和T激子聚变(TTA)来调控T激子的比率,并通过更换阴极来改变电子注入势垒高度从而调控电荷(charge,C)的浓度,最终实现对TCI的调控.调控结果表明,Al电极器件中负的MC不应该是T激子与多余空穴通过解离或者散射通道的TCI引起的,而是T与陷阱中的束缚电子通过TCI的去陷阱(T+C_t→S_0+C)通道淬灭导致的.另外,载流子注入较为平衡的Li F/Al和Ca电极器件的MC比Al电极器件的小1个量级,且随磁场的增加先减小后增大,这并非是因为平衡注入器件内的TCI弱,而是由于器件内rubrene功能层中的陷阱容易被电子占满,TCI去陷阱淬灭通道和陷阱捕获淬灭通道对电流的影响变低.因此,载流子陷阱在TCI的磁效应中具有重要地位,使有机功能层中的陷阱尽量多且不易被载流子占满是利用TCI磁效应的重要方向.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法, 系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响, 得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO 能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系, 这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

激子态和电荷转移态共存的聚合物发光器件中单重态与三重态之间的自旋混合过程

在poly[{9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alto-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene}](PFOPV)发光材料中同时存在激子态和电荷转移态的辐射退激过程.本文制备了基于PFOPV的发光器件,并以发光和电流的磁场效应为手段研究了这2种发光过程的微观差异.实验发现,在室温下,载流子注入平衡器件的磁电致发光表现为负效应,而非平衡器件的磁电致发光表现正效应;低温下,平衡器件的磁电致发光会随着注入电流的增加出现由负到正的转变,但磁电导却始终呈现为负值.磁效应与载流子注入情况、温度和注入电流的这些依赖关系可归结为两发光过程在器件中相互竞争的结果.分析表明两过程磁效应的差异是由超精细相互作用诱导的系间窜越和反系间窜越作用共同引起的.本研究工作证明了电荷转移态对提高荧光有机发光器件的发光效率具有重要的参考价值.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法,系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响,得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系,这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

气固流化系统中固相加工过程的研究Ⅳ 颗粒粒度分布影响的理论研究

(一)对于流态化床内的固相加工过程,固体颗粒的停留时间分布和粒度分布显然是两个极为重要的宏观动力学因素。作者在本研究Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ中考虑了一般情况下固体颗粒的停留时间分布及其对固相加工过程的影响。粒度分布影响的研究至今尚属罕见,仅在本研究已获得一定结果时才看到有少数论文发表。本文就单层流态化床内粒度分布的影响进行理论分析,为进一步的实验研究提供理论基础。     

有机半导体研究中的导纳谱方法

随着有机电子学的发展,导纳谱方法受到越来越多的关注.本文在导纳谱原理的基础上,总结了目前有机半导体研究中使用的几种导纳谱物理模型,概述了导纳谱在研究载流子迁移率方面的应用,并对导纳谱在定域态分布、负电容现象和其他一些应用研究进行了介绍.     

温度和共混浓度对激基复合物与电致激基复合物共存体系的磁效率调控

激基复合物(exciplex)和电致激基复合物(electroplex)经常同时产生于体异质结的有机发光二极管(organic light emitting diodes, OLEDs),有报道称利用这两种发射态共存的器件实现了高效率发光.器件高效率的物理机制与共存体系中自旋对态(spin-pair states)的微观过程有关,相关微观过程还有待深入研究.本文以特征的有机磁场效应(organic magnetic field effects)作为主要探测工具,通过改变器件的工作温度和给体与受体的共混比例来研究这种双发射态共存体系中自旋对态的演变过程.实验结果表明:降低发光器件的环境温度不仅会减弱从高能激基复合物到低能电致激基复合物的Dexter能量传递过程,而且因器件偏压增高还会引起电致激基复合物电荷转移(charge-transfer, CT)态的场致解离,使其数量较少,导致其CT态的反向系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)过程减弱.另外,增加发光层中给体的浓度会引起电荷注入更不平衡,增强过剩的空穴载流子与电致激基复合物的解离反应,这也会减...     

硫系Ge_(15)Te_(8l)S_2Sb_2非晶态半导体薄膜的电导特性

Ge_(15)Te_(81)S_2Sb_2薄膜的直流电导与温度的关系.观察到两个线性区域并遵从如下关系式:σ_(dc)=σ_(01)exp(-△E_1/kT) σ_(02)exp(-△E_2/kT)式中k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度.实验得到:两个线性区发生转折的温度是244K左右.△E_1(0.494eV)为载流子在扩展态(T>244K)中输运的激活能,它与样品厚度无关;△E_2(0.267eV)为载流子在定域态(T<244K)中输运的激活能. σ_(01)=1.5×10~(-1)(Ω·cm)~(-1),σ_(02)=1×10~(-3)(Ω·cm)~(-1),σ_(01)/σ_(02)≈10~2表明扩展态与定域态中载流子的迁移率相差很大.在201～400K温度范围,测量了硫系     

三重态激子在不同荧光染料掺杂体系中的湮灭过程

室温下,在红色荧光染料掺杂的有机发光器件ITO/N,N′-bis(naphthalen-1-y)-N,N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)/tris(8-hydroxyquinolato) aluminum (Alq3):4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-dimethylaminostyryl-4H-pyran(DCM)/Alq3/LiF/Al中,观察到发光随外磁场的变化(即磁致发光)表现为刚开始的快速增加,在~50mT处达到最大后,随着磁场的进一步增加,又呈现出减弱的特点(即高场效应);而且,器件的掺杂浓度越高、所加偏压越大,该高场减弱就越明显.但在另一类绿色荧光染料5,12-dihydro-5,12-dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione(DMQA)的掺杂器件中,磁致发光的高场部分则是在~50mT后增加变缓并逐渐趋于饱和.分析结果表明,Frster能量转移过程占主导发射的DMQA掺杂器件,不利于染料分子上三重态激子的形成,从而,通过三重态激子对(triplet pairs)湮灭产生单重态激子(triplet-triplet annihilation,TTA)的过程不易发生;但在载流子陷阱效应参与发射的DCM掺杂器件中,室温下在染料分子上就可以形成寿命较长的三重态激子,增加了发生TTA过程的几率.因此,基于掺杂器件中两种不同的发射机制,外加磁场对有机发光中三重态激子对(T…T)的演化表现出了不同的调控作用.     

纳米微粒SnO2的光限幅特性

随着高灵敏快响应光电探测器的广泛应用,迫切需要研制一些光限幅器来保护这些精密仪器。光限幅器的工作原理是基于材料的非线性光学特性,因而选择合适材料并研究它的非线性光学响应是非线性光学中非常重要的课题。纳米微粒有相对大的比表面积,在微粒表面存在大量原子空位或缺陷,形成表面受陷态(trapped states)。在外界激光作用下,这些表面受陷态成为有效光生载流子的无辐射途径,导致大的热致折射率变化,形成瞬态热透镜。这个热透镜使信号光束出现扩散或会聚,通过选择样品相对位置,从而实现光束限幅效应。近年来,利用非线性光学原理的光限幅效应研究已有一些报道,大多采用的是有机非线性材料和体相半导体材料,但存在着材料稳定性差及限制效果不太理想等局限性。利用单光束Z-扫描技术,本文进行了表面修饰的SnO_2纳米微粒热致折射率n_2测量和它的光限幅特性研究。     

基于蒽的高效率π-π作用双分子发光:激基缔合物再认识

在有机π-共轭分子固体发光材料中,强分子间π-π相互作用通常猝灭发光.然而,在蒽衍生物晶体中,我们发现了一类高效率、长寿命的蒽π-π作用双分子发光体系,并揭示了其高发光效率的本质:一方面,发光态等同于激基缔合物,压缩的双分子激发态π-π面间距离增强了体系刚性,降低了非辐射跃迁速率;另一方面,离散的二聚体π-π堆积结构导致了单一的、纯净的双分子发光态,避免低能量陷阱的"暗态"形成,有效地抑制了非辐射能量转移.本文不仅提出了基于蒽的高效率双分子发光材料的分子结构设计策略,成功地构筑了固体中离散的蒽二聚体π-π堆积结构,而且展望了超分子发光材料的最新进展、存在问题和应用前景.通过分子(堆积)结构-激发态性质-发光性能之间的关系研究,发展新一代超分子发光材料的新概念、新原理与新应用.     

三重态激子浓度对激子-电荷反应中散射和解离过程的调控

制备了4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)掺杂4,4′-N,N′-dicarbazolebiphenyl(CBP)的有机发光二极管器件,并利用有机磁电导(magneto-conductance,MC)作为一种灵敏的探测工具,研究了器件的载流子传输特性.发现器件的MC随注入电流、温度和掺杂浓度的变化呈现出正、负磁电导效应,正磁电导和负磁电导分别由三重激发态与电荷反应(triplet-charge interaction,TQI)中的散射过程与解离过程所引起.研究表明,器件中TQI的散射和解离过程共存时,注入电流、工作温度和掺杂浓度都是通过改变三重态(triplet,T)激子的浓度来调节磁电导使其发生正负转变,即T激子浓度对TQI中的散射过程和解离过程有不同的作用:T激子浓度越大,TQI中载流子的散射通道越易占主导作用,此时器件呈现出正磁电导效应;反之,T激子浓度越小,TQI中三重态激子的解离通道越易占主导作用,此时器件表现出负磁电导效应.本工作为有机磁电导效应的有效调控提供了一条新途径,也加深了对有机光电器件中电荷与激发态间相互作用的理解.     

C_(60)固体结构的变温X射线衍射测量

C_(60)由于其奇特的结构和众多奇特的物理化学性质,吸引了人们的极大注意.在C_(60)固体的结构研究过程中,发现了250 K处的一阶相变和90K处的“玻璃态”转变,并对这两个温度处的结构变化作了比较多的研究.但对C_(60)固体在室温以上结构的研究却较少.我们先前的C_(60)单晶的电阻测量,发现了425K处的电阻反常,这说明在室温以上,随着温度的变化,C_(60)固体的结构也许会有所变化,对这些变化的了解,有助于对C_(60)固体结构的进一步了解.本文报道了C_(60)固体室温以上结构的变温X射线测量和C_(60)单晶的电阻测量,实验观测到了C_(60)固体结构变化在450K处的反常.     

砷化镓光导开关的畴电子崩理论分析

在分析半绝缘(SI)砷化镓光导开关(PCSS)中丝状电流(流注)形成和传播的实验结果 的基础上, 提出了高增益砷化镓光导开关中的畴电子崩(EAD)理论. 该理论完善了EAD 概 念, 揭示了高增益GaAs PCSS 中局域内的强电场作用和高载流子密度效应使非平衡载流子 密度稳定增长, 从而导致流注形成. 应用EAD理论合理地解释了GaAs PCSS 中电流丝的形 成和传播, 解释了在器件两端的偏置电场低于载流子本征碰撞电离的电场阈值条件下器件 中存在载流子雪崩生长等实验现象, 结果表明在这类具有转移电子效应的半导体器件中, EAD 理论是分析流注形成的基本理论.     

Monte Carlo方法计算背散射电子在固体中的空间分布

引言 固体中背散射电子空间密度分布及能量分布规律是从事电子显微学实验、理论研究及扫描电镜、透射电镜等电子束显微分析仪研制工作的学者十分关心的课题。由于缺乏严格的理论计算结果,一些专著只能定性给出背散射电子(BSE)、入射电子(IE)在固体中的空间图     

利用有机磁电导分析红荧烯发光器件中陷阱辅助的三重态激子淬灭作用

本文制备了基于红荧烯(rubrene)分子的有机发光二极管,并测量了不同温度和注入电流下器件的磁电导(magneto-conductance,MC).实验发现器件的MC曲线随着磁场的增加主要表现出了3段变化,在室温(300K)低磁场(|B|6 mT)范围内,MC_1在小电流时表现为快速上升,在中等电流时先缓慢上升再下降,在大电流时则为缓慢下降;在中等磁场范围(6 mT|B|17 mT),MC_2在各电流范围均表现为缓慢上升;在高磁场范围(17mT|B|300 mT),MC_3在各电流范围均表现为迅速下降.随着温度的降低(以电流为50μA为例),低磁场范围(|B|6 mT),MC_1在温度为300 K时表现为缓慢上升,温度为250~150 K时则先缓慢上升再下降,温度为100~20 K时表现为缓慢下降;中高磁场范围(|B|6 mT)的MC_2和MC_3的线型则基本不变.对电流密度-电压特性曲线的深入分析发现器件中存在陷阱,由此说明器件中除了自由电荷对三重态激子的解离(Q+T→Q+e+h)以及极化子对间的系间窜越(PP~1?PP~3)作用以外,还包括陷阱辅助的三重态激子淬灭作用(即陷阱束缚的三重态激子与自由的极化子(Tt+P→S0+P_t)和陷阱束缚的极化子与三重态激子(T+P_t→S0+P)之间的作用),这4种微观机制的共同作用导致结构复杂的MC线型,且电流和温度对它们还有较好的调控作用.本研究不仅加深了对rubrene器件中三重态激子与电荷相互作用的理解,而且还丰富了有机磁电导曲线的表现形式.     

新型分子金属

在极低温度下具有电、磁以及结构方面有趣的性能的材料,其范围被昂德希尔(Underhill)及其合作者扩展了。在最近出版的一期《自然》杂志(Nature,324卷,547—549页,1986年)上,昂德希尔描述了首次发现的这一具有完整氧化态的二维有机金属化合物。对于这类能够导电的二维体系的合成及固态性能的研究将有助于阐明固体化学中许多基本现象。多数有机或金属有机固体是电绝缘体,但是近年来越来越多的具有高导电性能以及金属的典型特性的一类固体受到人们的很大重视。这种金属行为是由于晶体中沿高度有序的堆积结构的富π-电子体系发生分子间大面积重叠而造成的。这些材料具有高度的各向异性性,因而被称做准一维分子金属。     

用钙钛矿型Langmuir-Blodgett膜模板制备与组装PbS纳米粒子

利用Langmuir-Blodgett(LB)技术在不同表面压下构筑钙钛矿型有机/无机固体模板,分别与硫化氢气体反应,制备形貌各异的硫化铅半导体纳米粒子。分别利用紫外可见吸收光谱(UV-vis)、 透射电子显微镜（TEM）、X射线能量弥散分析光谱仪（EDX）比较反应前后模板中成分的变化和观测得到粒子的形貌以及组成。实验结果表明,通过改变成膜压力,可以实现对粒子形状的调控。这种方法对建立新的半导体纳米粒子制备与组装途径提供了有价值的参考。     

砷化镓(100)与石墨表面电子态的扫描隧道谱研究

对材料表面电子结构的研究,是固体表面物理研究的一个重要方面。近年来在扫描隧道显微镜(STM)基础上发展的扫描隧道谱(STS)技术,显示出在表面电子结构研究中独特的性质。它的一大特点是与STM结合,可以给出空间可分辨的表面价态和空态密度分布。这对于表面不同原子和不同微结构处局域电子态的研究具有重要意义。本文利用国内生产的大气中的STM系统进行改装,发展了STM/STS谱仪。利用这台系统,对砷化镓(100)和     

传感器电解质CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-a)的导电性能

采用固相反应法在1673 K合成了CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)(x=0,0.005,0.01,0.02)陶瓷粉体,在空气中1873K下对材料进行二次烧结10 h.X射线衍射物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO_3基固溶体和微量的MgO存在.为了明确CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)的电化学性能,采用交流阻抗法在1073~1473 K,富氧气氛(Ar/O_2/D_2O)/(Ar/O_2/H_2O)和富氢气氛(Ar/H_2/H_2O)/(Ar/D_2/D_2O)下测量了固体电解质的电导率及其同位素效应与气氛依赖性.通过检测电导率的H/D同位素效应,确定了固体电解质的质子导电优势区域.结果显示在富氢气氛下,测定的1073~1473 K温度范围内有明显的H/D同位素效应,表明质子是主要的载流子.在富氧气氛下,1073~1273 K温度范围内,质子也是主要的载流子.该材料有可能作为氢传感器的固体电解质.