纳米微晶的制备及其性质研究

有机纳米微晶在纳米电子器件等方面具有应用前景, 已成为当前纳米科学的研究热点之一[1]. Nakanishi等[2,3]用再沉淀法制备出了有机纳米微晶, 但并未研究其生长机制和各种制备条件对生长过程的影响. 本文制备了不同粒径的纳米微晶, 研究了晶体结构和光谱性质的变化规律, 讨论了影响粒径大小和生长速率的因素, 为建立可行的有机微晶制备方法提供依据.     

一维轴向有机无机异质结肖特基二极管的制备及性能研究

一维有机无机杂化材料的制备一直以来是难点问题, 其不同组分间协同产生的新颖性能及广泛应用前景, 使其成为近年来研究热点. 通过多孔氧化铝模板辅助分步电化学沉积方法, 成功设计和制备了有机导电聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩[poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT]和无机金属银(Ag)的分段式纳米线. 使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌和结构进行了表征. 采用顶端接触上电极的方式, 研究了单根PEDOT纳米线和单根PEDOT-Ag异质结纳米线的伏安特性曲线. 结果表明, 单根异质结纳米线展现出肖特基二极管行为, 正向开启电压为0.3 V, 反向击穿电压为1.5 V, 正向开启后电流达到微安数量级.     

1,3-二苯基-2-吡唑啉纳米带的制备及其光波导性质

以1,3-二苯基-2-吡唑啉(DP)为目标化合物, 利用再沉淀方法, 以混合溶剂作为不良溶剂, 制备了形貌均一、宽度约2 μm、厚度200 nm和长度数十微米的一维纳米带状结构. 选区电子衍射结果证实, DP分子在纳米带中因为强的分子间π-π相互作用而沿着晶体[100]方向优势生长. 稳态光谱结果表明, DP纳米带具有不同于分子和体相材料的介观特性. 由于J-聚体在DP纳米带中优势形成, 其480 nm的发射峰与分子和体相材料相比分别红移了30和20 nm. 利用扫描近场光学显微镜进一步发现, 一维DP纳米带类似于天然的亚波长尺度谐振腔, 紫外激发DP分子发射的荧光被限域在DP纳米带中, 沿一维方向传导并在两端耦合输出.     

4-氟苯乙胺基准二维钙钛矿的合成及其电致发光与激光性能

设计并开发了一种兼具电致发光和光学增益性能的准二维钙钛矿材料。通过向三维钙钛矿CsPbBr₃中引入大体积阳离子4-FPEA⁺(4-氟苯乙胺),利用简易的溶液旋涂法,制备了不同n值量子阱混合分布的准二维钙钛矿薄膜。通过紫外可见吸收光谱和光致发光光谱证明调整4-FPEA₊的添加量可以对量子阱的分布进行有效调控。结合扫描电子显微镜和原子力显微镜证明4-FPEA⁺的加入可以降低薄膜表面粗糙度。当4-FPEA₊和CsPbBr³的物质的量之比为0.6时,薄膜的发光强度最高。将该材料应用在发光二极管(light emitting diodes,LEDs)中,结合冠醚作为添加剂辅助钝化缺陷,实现了外量子效率(EQE)为 0.98%的绿光LED器件。在激光性能方面,该材料在室温条件下的最低阈值为17.42 μJ·cm^-2,增益系数为35 cm^-1。     

有机共晶光电功能材料与器件

在双组分或多组分有机共晶中,特殊的分子堆积方式和聚集态结构以及不同组分之间的协同和集合效应,使得有机共晶不仅保留了单一组分的固有属性,而且展现出更多新颖的宏观光电性质,在电导、铁电、双极性电荷传输、光响应、发光和给受体组分间电荷转移过程等方面具有重要的研究价值和应用前景,为有机单晶器件的高性能化和多功能化发展提供了新途径。因此,有机共晶的制备和性能研究逐渐成为近年来的热点。在本文中我们首先详细地介绍了有机共晶的分类情况,根据形成晶体的作用力分为电荷转移晶体、通过π-π相互作用形成的晶体和以分子间氢键、卤键相互作用为主的晶体;其次,以经典的7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷（TCNQ）、1,2,4,5-苯四甲腈（TCNB）和富勒烯（C₆₀）三种典型的受体分子为例,列举了常见的有机给受体材料;再次,介绍了8种制备有机共晶的常用方法,讨论了有机共晶中分子排布方式对性能的影响;最后,介绍了有机共晶在光电器件中的应用。我们相信有机共晶的理论和应用研究会进一步丰富和推动有机晶体材料和光电子学领域的发展。     

有机超微粒的制备及其尺寸效应的研究

有机超微粒是国际上刚刚起步的研究领域，是纳米科技领域和有机光电子领域的重要前沿课题，文章从有机功能小分子出发，在制备粒径和形状可控的，高度单分散的纳米超微粒的基础上，首次系统地研究了有机超微粒的电子态随尺寸大小的变化过程，发现有机超微粒和无机超微粒一样具有显著的尺寸效应，而且更具多样性，该项研究工作为探索和比较无机和有机材料介观尺寸效应的异同点这一科学问题奠定了坚实的基础，对于理解有机分子晶体这类传统材料中的基本过程和现象以及开发新型光电材料和器件也极具意义。     

Mn2+掺杂准二维钙钛矿(PEA)2PbyMn1-yBr4的制备及其电致发光性能

制备了具有高荧光量子产率(photoluminescence quantum yield, PLQY)的 Mn²⁺掺杂准二维钙钛矿(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄(PEA为苯乙胺, y 为 Pb²⁺占 Mn²⁺和 Pb²⁺总含量的物质的量分数)薄膜。宽带隙的(PEA)₂PbBr₄作为给体, 掺杂杂质 Mn²⁺作为受体, 构筑了双发射的激发态传递系统。通过调控 Mn²⁺掺杂的不同比例对(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄的发光性能和薄膜形貌的影响, 发现当前驱体溶液中 Mn²⁺与 Pb²⁺的物质的量之比为 1:4 时, 薄膜有着最高的 PLQY 和最低的表面粗糙度。利用飞秒瞬态吸收(transientabsorption, TA)光谱, 追踪其动力学过程, 发现主客体之间的激发态传递是通过电荷转移来实现的。为了研究材料的电致发光特性, 我们将(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄作为活性层, 加工得到了发光二极管(light emitting diodes, LEDs)。在室温下, 器件发出明亮的橙色, 其最高的发光强度为 0.21 cd·m^-2, 外量子效率(external quantum efficiency, EQE)为 0.002 5 %。     

Mn2+掺杂准二维钙钛矿(PEA)2PbyMn1-yBr4的制备及其电致发光性能

制备了具有高荧光量子产率(photoluminescence quantum yield,PLQY)的Mn²⁺掺杂准二维钙钛矿(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄(PEA为苯乙胺,y为Pb²⁺占Mn²⁺和Pb²⁺总含量的物质的量分数)薄膜。宽带隙的(PEA)₂PbBr₄作为给体,掺杂杂质Mn²⁺作为受体,构筑了双发射的激发态传递系统。通过调控Mn²⁺掺杂的不同比例对(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄的发光性能和薄膜形貌的影响,发现当前驱体溶液中Mn²⁺与Pb²⁺的物质的量之比为1∶4时,薄膜有着最高的PLQY和最低的表面粗糙度。利用飞秒瞬态吸收(transient absorption,TA)光谱,追踪其动力学过程,发现主客体之间的激发态传递是通过电荷转移来实现的。为了研究材料的电致发光特性,我们将(PEA)₂Pb_yMn_1-yBr₄作为活性层,加工得到了发光二极管(light emitting diodes,LEDs)。在室温下,器件发出明亮的橙色,其最高的发光强度为0.21 cd·m^-2,外量子效率(external quantum efficiency,EQE)为0.002 5%。     

单重态激子裂分的研究进展

单重态激子裂分指的是在有机分子中一个单重态激子与相邻的基态发色团相互作用形成两个三重态激子的过程。利用这种多激子效应制成的光伏器件有望突破肖克利-奎瑟限制,使光电转换的理论效率由30%提高到44.4%。近年来各国科学家在裂分材料的设计合成和器件化应用方面取得了一定的进展,但是对于激子裂分物理本质的认知仍然存在争议和分歧。本文较为系统地介绍了激子裂分材料的最新进展和本研究组的相关工作。简要回顾了激子裂分的发展历史,从概念、裂分的发生条件和作用机制三方面介绍了激子裂分过程,综述了具有分子间和分子内裂分性质的材料的最新研究成果。在系统归纳激子裂分研究现状的基础上对单重态激子裂分的发展趋势和应用探索指出了可能的方向。