有机光电材料与器件实验（叶常青） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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叶常青，王筱梅，丁平 等 著

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• 有机光电材料
• 有机发光二极管
• OLED
• 光电转换
• 材料科学
• 物理化学
• 半导体
• 器件物理
• 实验教学
• 叶常青

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122309389

版次：1

商品编码：12287651

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：122

字数：149000

正文语种：中文

内容简介

本专业实验教材与《有机光电材料与器件》理论课教材相配套，书围绕有机光电材料与器件理论教学内容设置了 33 个实验。包括物质吸收性能和荧光性能测定、荧光化学传感器测定、光致变色性能测试、电致 变色器件制作与性能测定、电致发光器件制作与性能测定、有机场效应晶体管 制作与性能测定、有机太阳能电池制作与性能测定、有机光导鼓制作与性能测 定、强光场与弱光场中上转换性能测定、有机光存储器件制作与性能测定。 教材重点在于掌握光电材料性质测试、强化对有机光电材料构效关系的理解；特别 是通过有机光电器件制作，有助于培养大学生创新创业意识和动手能力。本书可作为高等院校功能材料专业及相关专业的实验教材，也可供相关专业研究生 和科研人员自学参考书。

作者简介

王筱梅，苏州科技大学，教授，博士生导师。承担多届本科生的“材料科学与基础”、“有机化学”、“有机分析”、“专业外语”和“有机高分子光电材料科学基础”等教学任务。承担硕士和博士研究生的“有机非线性光学材料”、“物理有机化学”和“有机高分子光电材料研究进展”等三门课程的教学工作。《有机光电功能材料》教材获江苏省教委精品教材立项。主要研究方向：具有强双光子吸收特性的有机材料分子设计、合成与电致发光/电荧光性能研究。

内页插图

目录

实验一 四苯基卟啉钯的制备与紫外-可见吸收光谱测定 1
实验二 可溶性硅酞菁薄膜的制备与吸收光谱测定 8
实验三 8-羟基喹啉铝的制备与荧光光谱 14
实验四 8-羟基喹啉铝量子产率的测定 19
实验五 8-羟基喹啉铝的瞬态光谱与荧光寿命 22
实验六 四苯基卟啉钯的荧光寿命与磷光寿命的测定 25
实验七 芘甲醛荧光化学传感性能测定 27
实验八 Stern-Volmer猝灭常数的测定 31
实验九 二茂铁循环伏安曲线的测定 35
实验十 含紫精活性层电致变色器件的制作 40
实验十一 紫精电致变色器件性能测试 43
实验十二 电化学聚合制备聚苯胺薄膜 46
实验十三 聚苯胺电致变色膜表征 49
实验十四 二噻吩乙烯衍生物光致变色性质测定 52
实验十五 偏光显微镜测定液晶的光学织构 55
实验十六 真空手套箱操作 58
实验十七 真空镀膜技术制备8-羟基喹啉铝薄膜 62
实验十八 有机电致发光器件的制作 65
实验十九 有机电致发光器件的测试 68
实验二十 有机场效应晶体管的制作与测试 71
实验二十一 有机全固态太阳能电池制作 75
实验二十二 有机太阳能电池性能测试 78
实验二十三 染料敏化太阳能电池的制备 83
实验二十四 染料敏化太阳能电池表征 87
实验二十五 酞菁铜光导鼓器件制备 90
实验二十六 含聚乙烯基咔唑光导鼓的制备与测试 93
实验二十七 环氧树脂胶的制备与光固化 96
实验二十八 甲基丙烯酸甲酯光刻胶的制备 98
实验二十九 光刻图形化实验 101
实验三十 苯乙烯吡啶盐双光子上转换性能测定 106
实验三十一 三线态-三线态湮灭上转换性能测定 109
实验三十二 光电存储器件的制作与性能测试 113
附录1 化学软件简介 117
附录2 常见溶剂的极性参数表 121

前言/序言

随着国家产业结构调整和社会对新兴学科人才的需求，国内高等院校近年来陆续增设了功能材料本科专业；有机光电材料作为当今国际上最为活跃的前沿领域之一，随即成为功能材料专业的核心课程或特色课程。目前，出版的有关有机光电材料与器件的书籍中，多以学术专著为主，不太适合作为本科生的基础入门教材。为此，作者团队2014年编写了《有机光电材料与器件》教材，该书被评为“十二五”江苏省高等学校重点教材。
为了与理论课教材相配套，2013年开始编写《有机光电材料与器件实验》实验教材，书中大部分内容来自于编者的博士学位论文或所指导的研究生学位论文，在形成相应的讲义后，通过功能材料本科专业实验多次试用，又经过多次修稿而成。
本实验教材是按照实验教科书的要求编写的。在实验设计上，考虑到本科生的学习理解能力，先从光电材料性能表征着手，再到有机光电器件制作与测试，循序渐进；每个实验均配有思考与讨论题，有助于学生通过实验，进一步理解有机光电材料的基础知识、基本原理及其构效关系；特别是通过一系列有机光电器件制作，犹如研发一个个新型产品，激发学生学习兴趣，有助于培养大学生创新理念和实践能力。
全书共列出32个实验，设计的实验顺序和配套的理论课教材顺序一致。实验一至六介绍物质吸收光谱、荧（磷）光光谱测试、荧光量子产率计算及瞬态荧（磷）光光谱（寿命）的测试；巩固基本知识、掌握光电材料结构与性能之间的关联性。实验七、八介绍荧光检测的实际应用—荧光化学传感器。实验九至十四学习光致变色/电致变色器件制作与测试，使学生切身理解这些产品在分子开关和智能窗方面的应用价值。有机电致发光器件和有机太阳能电池隶属“绿色照明”和“绿色能源”，最具创新创业潜力；实验十六至十九介绍了有机电致发光器件制作与测试技术，实验二十一至二十四介绍全固态太阳能电池和染料敏化太阳能电池制作和测试技术，这些实验将会引起学生极大的兴趣。实验二十七至二十九介绍了与器件封装相关的光刻胶材料与封装技术。有机非线性光学材料与应用，这是一个与激光技术应运而生的领域，本着反映本学科最新知识和新技术，本教材设计了实验三十和三十一。介绍从强光场到弱光场下的双光子过程上转换，这是与常规荧光完全不同的发光机制。此外，实验十五介绍如何使用偏光显微镜观察液晶薄膜材料的形貌结构，了解液晶畴结构与液晶显示性能的关联性。实验二十、实验二十五、实验二十六、实验三十二分别设计了有机场效应晶体管、有机光敏性能测试和有机光存储实验，学生通过动手制作器件，了解其作为“智能卡”、复印机/打印机“光导鼓”和“光盘”的工作原理，激发学生学习兴趣、培养创新理念和创业能力。
2013年作者获得江苏省高等学校重点教材建设资助项目资助，在此项目启动下参考了相关专著和文献，并结合多年来教学和科研的工作完成此稿。其中实验一至十二由王筱梅编写、实验十三至十五由梁作芹编写、实验十六和实验二十至二十二由丁平编写、实验十七至十九由周宇扬编写、实验二十三至二十五由陈硕然编写、实验二十六至三十二由叶常青编写。全书由叶常青、王筱梅和丁平进行了最后的汇总、修改和定稿。
在此，作者特别要衷心感谢国家自然科学基金项目（50273024，50673070，50973077，51273141和51673143）的资助，感谢江苏省高校优秀科技创新团队建设项目和江苏省优秀青年基金项目（BK 20170065）的资助。
借此机会，作者还要感谢实验室全体研究生，他们的研究结果进一步丰富了本教材的内容。最后感谢化学工业出版社给予的大力帮助。
由于编者水平有限，疏漏和不足在所难免，谨请批评指正。


编 者
2017年9月于苏州石湖

《有机半导体物理与器件》 一、 引言 现代电子工业的飞速发展，离不开材料科学的不断突破。在众多材料体系中，有机半导体材料以其独特的优势，正逐渐成为下一代电子器件的重要基石。它们不仅在柔性显示、高效太阳能电池、有机发光二极管（OLED）等领域展现出巨大的应用潜力，更因其分子设计灵活性、低成本加工以及环境友好等特性，吸引了全球科研人员的广泛关注。 本书旨在深入探讨有机半导体材料的物理特性及其在各类光电器件中的应用。我们将从基础的有机分子结构与电子性质出发，逐步深入到材料的能带理论、激子动力学、载流子传输机制，并在此基础上，详细阐述各种有机光电器件的原理、结构设计、性能优化以及面临的挑战。本书的编写力求理论与实践相结合，为读者提供一个全面而深入的有机半导体领域知识体系，以期启发科研灵感，推动该领域的研究与发展。 二、 有机半导体材料的基础 2.1 有机半导体材料的分子结构与电子特性 有机半导体材料的核心在于其具有共轭π电子体系的有机分子。这些分子通常包含交替的单键和双键（或三键），使得π电子能够离域，形成所谓的“共轭链”。这种共轭结构赋予了有机分子类似无机半导体中的“能带”特性。 共轭体系的形成与扩展： 我们将详细介绍不同类型的共轭单元，如苯环、噻吩、乙炔、烯烃等，以及它们如何通过不同的连接方式形成长链或稠环结构，从而影响材料的电子吸收光谱、荧光性质和载流子传输能力。例如，通过扩展共轭长度，可以降低材料的最低未占有分子轨道（LUMO）和最高占有分子轨道（HOMO）之间的能隙，使其在可见光区域吸收或发射光。 分子堆积与聚集态效应： 有机半导体材料的性能并非仅由单个分子决定，其在固态下的堆积方式（分子取向、晶格结构）也至关重要。我们将讨论π-π堆积、氢键等分子间作用力如何影响载流子在分子间的传输效率，以及形成无定形、半晶形或晶体结构对器件性能的影响。 掺杂与化学修饰： 通过引入外来原子或官能团（化学掺杂），或者通过氧化还原反应（电化学掺杂），可以改变有机半导体材料的载流子浓度，从而调节其导电性。我们将深入探讨不同掺杂剂的作用机制，以及如何通过化学修饰引入特定官能团来调控材料的电子能级、溶解性、稳定性和薄膜形貌。 2.2 有机半导体材料的能带理论与载流子行为 虽然有机半导体材料的“能带”概念与无机半导体有所不同，但同样可以借鉴相关的理论框架来理解其电子行为。 HOMO-LUMO能级： 与无机半导体的价带顶和导带底类似，有机半导体的电子特性主要由HOMO（最高占有分子轨道）和LUMO（最低未占有分子轨道）的能级决定。HOMO能级代表了电子逸出的难易程度，LUMO能级则代表了电子被注入的难易程度。HOMO-LUMO能隙（Band Gap）决定了材料的光学吸收和发射波长，以及电子和空穴的产生和复合能。 激子（Exciton）的形成与性质： 在大多数有机半导体材料中，光激发会首先产生束缚的电子-空穴对，称为激子。由于有机材料中电子-空穴之间的库仑相互作用较强，激子在有机半导体中扮演着至关重要的角色。我们将详细讨论激子的形成过程、激子束缚能、激子扩散长度以及激子的解离机制，这对于理解有机太阳能电池和OLED的工作原理至关重要。 载流子传输机制： 在有机半导体中，载流子（电子和空穴）的传输通常是通过“跳跃”（hopping）机制实现的，而非无机半导体中的“带内”（band-like）传输。我们将深入分析载流子的跳跃模型，包括聚积模型（polaron hopping）和德霍普模型（de Gennes hopping），以及跳跃率受分子间距、分子取向、电场强度和温度等因素的影响。 三、 有机光电器件的设计与原理 基于对有机半导体材料特性的深刻理解，我们可以设计和构建各种高性能的光电器件。 3.1 有机发光二极管（OLED） OLED是目前有机光电器件中最成熟和最具商业化前景的应用之一。 OLED的基本结构与工作原理： 我们将详细介绍OLED的基本结构，通常包括阳极、有机发光层、电子传输层、空穴传输层和阴极。当施加正向电压时，电子从阴极注入，空穴从阳极注入，并在发光层中复合形成激子，激子退激发并以光子的形式释放能量，从而发光。 材料选择与器件性能优化： 有效的OLED器件需要精心选择发光层材料（荧光或磷光）、电子和空穴传输材料，以及界面修饰层。我们将讨论如何通过调控材料的HOMO-LUMO能级，优化载流子注入和传输平衡，提高激子形成效率和发光效率。此外，还将探讨器件结构的优化，如使用不同厚度的各层材料，引入陷阱层等，以抑制非辐射复合，提高器件的亮度和寿命。 色彩调控与全彩显示： 实现全彩OLED显示是关键。我们将介绍如何通过使用不同发光颜色的发光材料，如红、绿、蓝（RGB）三基色，以及如何通过颜色转换层或白光OLED技术实现广泛的色彩表现。 3.2 有机太阳能电池（OSC） OSC因其潜在的低成本、柔性和轻质特性，成为下一代能源技术的重要发展方向。 OSC的基本结构与工作原理： OSC的基本结构通常包含透明阳极、有机活性层（通常是给体-受体混合层）、电子传输层和阴极。光激发在活性层中产生激子，激子在给体-受体界面处发生电荷分离，形成自由电子和空穴，然后分别传输到阴极和阳极，从而产生光电流。 给体-受体材料的选择与形貌控制： 活性层的给体和受体材料的选择是影响OSC性能的关键。我们将讨论不同类型的给体材料（如聚合物、小分子）和受体材料（如富勒烯衍生物、非富勒烯受体）的特性，以及它们的能级匹配和溶解性。此外，活性层的微观形貌（如给体-受体相分离尺寸、结晶度）对激子解离和载流子传输有重要影响，我们将探讨通过溶剂、添加剂和退火等手段来优化形貌。 界面工程与效率提升： 界面在OSC中起着至关重要的作用。我们将分析阳极/活性层界面和活性层/阴极界面的能级匹配、电荷提取效率，以及如何通过引入界面修饰层来降低界面电阻、提高载流子收集效率。 3.3 有机薄膜晶体管（OTFT） OTFT作为有机电子学的基础器件，是构建柔性电子电路的核心单元。 OTFT的基本结构与工作原理： OTFT通常由源极、漏极、栅极、栅介质层和有机半导体沟道层组成。通过在栅极施加电压，在有机半导体中诱导出载流子，形成导电沟道，从而控制源漏之间的电流。 高迁移率材料与器件性能： OTFT的性能主要体现在载流子迁移率和开关比。我们将探讨如何通过分子设计、优化分子堆积以及选择合适的栅介质材料来获得高迁移率的有机半导体。例如，研究具有良好π-π堆积的平面共轭分子或具有有序微晶结构的聚合物。 柔性与印刷电子： OTFT在柔性衬底上的应用是其重要优势。我们将讨论如何在柔性材料上实现OTFT的制备，以及印刷电子技术（如喷墨打印、刮刀涂布）在OTFT大规模生产中的应用前景。 四、 其他有机光电器件及前沿进展 除了OLED、OSC和OTFT，有机半导体材料还在许多其他光电器件中展现出巨大的潜力。 有机光电探测器（OPD）： 利用有机半导体对光的响应特性，可以制备高灵敏度、宽光谱范围的OPD。 有机光电传感器： 将有机半导体与特定功能基团结合，可以制备用于生物传感、化学传感等领域的传感器。 有机热电器件： 有机半导体在热电转换方面也表现出一定的潜力，有望实现废热发电。 五、 挑战与展望 尽管有机光电器件取得了显著进展，但仍面临一些挑战： 器件稳定性与寿命： 有机材料在空气、光照、湿度和高温等环境下容易发生降解，限制了器件的长期稳定性。 效率与性能的进一步提升： 尽管性能不断提高，但与无机器件相比，在某些方面仍有差距。 规模化生产与成本控制： 如何实现低成本、大规模、高良率的有机光电器件生产是商业化面临的关键问题。 本书最后将对有机光电器件领域的未来发展趋势进行展望，包括新型有机材料的设计、器件物理机制的深入理解、先进的加工技术以及与其他材料体系的融合等，为读者提供一个面向未来的视角。 六、 结论 本书系统地介绍了有机半导体材料的物理基础、光电器件的工作原理、关键技术以及未来发展方向。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解有机半导体材料的魅力所在，掌握有机光电器件的设计思路和优化方法，为投身于这一激动人心的研究领域打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

《有机光电材料与器件实验》这本书，给我的感觉就像是在一个充满未知的实验室里，找到了一位经验极其丰富且耐心十足的向导。 它并非那种卖弄高深概念、让初学者望而却步的书籍，而是以一种非常接地气的方式，将复杂的有机光电器件的制备和表征过程，分解成了易于理解和操作的步骤。我最喜欢的部分是它在讲解每个实验步骤时，都会附带上一些“背景知识”的简要介绍，这样我不仅仅是知道“怎么做”，更能明白“为什么这么做”。例如，在介绍“器件性能测试”时，它会解释不同测试仪器的工作原理，以及如何根据材料和器件的特性选择合适的测试方法，这对于我理解测试结果的含义至关重要。书中的一些“案例分析”部分也让我受益匪浅，它会列举一些实际研究中遇到的问题，并给出相应的解决方案，这让我感觉自己仿佛在与经验丰富的同行交流，学习他们的智慧和经验。总而言之，这本书的价值在于它能够帮助读者建立起扎实的实验基础，并且培养独立分析和解决问题的能力，这对于任何想要深入研究有机光电领域的人来说，都是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，《有机光电材料与器件实验》这本书的编排思路着实令人称道。 它并没有遵循传统的 textbook 模式，而是更像一本经验丰富的前辈为你量身定制的实验指导手册。我特别欣赏的是，它将复杂的概念分解成一个个可执行的单元，并且在每个单元的开头都清晰地阐述了该实验的目的和预期的结果，这极大地帮助我建立了全局观。书中的实验设计也相当巧妙，从最基础的材料表征，到逐渐深入的器件性能评估，层层递进，使得学习过程更加顺畅。我印象最深刻的是关于“陷阱态密度测量”那一章节，它并没有直接给出复杂的公式推导，而是通过一系列精心设计的实验步骤，让你在实际操作中体会不同测量方法对结果的影响，并引导你思考如何选择最适合的表征手段。此外，书中还包含了许多关于“前沿进展”的简要介绍，虽然不是深入的理论探讨，但足以让你对该领域的发展脉络有所了解，激发起进一步探索的兴趣。总的来说，这本书的精妙之处在于它能够让你在动手实践的同时，潜移默化地掌握理论知识，并且培养独立思考和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

如果说《有机光电材料与器件实验》是一道丰盛的菜肴，那么我对它最深刻的“味觉”体验，来自于它那严谨而不失灵活性的指导。 我作为一名对光电器件充满热情的本科生，在接触到这本书之前，总是感觉自己像个无头苍蝇，不知道从何下手。书中对于每一步操作都给出了非常详细的文字描述，并且大量的精美插图更是让我能够准确地把握每一个细节，比如如何精确地旋涂薄膜，如何小心翼翼地进行电极蒸镀，这些看似微小的动作，往往决定了实验的成败。更让我惊喜的是，它在介绍实验方法的同时，还会穿插一些“实验注意事项”和“常见错误分析”，这些“锦囊妙计”简直是为我这样的小白量身定做的。我记得有一次，我尝试制备有机太阳能电池，结果效率一直上不去，后来翻阅了这本书，找到了关于“界面修饰”的章节，按照书中的建议调整了修饰层厚度和处理条件，效率竟然有了显著提升！这种“理论与实践相结合”的教学方式，让我觉得学习过程不再枯燥，而是充满了探索的乐趣。这本书不仅是实验手册，更像是我的“实验启蒙老师”。

评分☆☆☆☆☆

这本《有机光电材料与器件实验》简直是我的救星！ 作为一个刚入行不久的博士生，我对有机光电领域充满了好奇，但也深感理论知识的匮乏和实验操作的迷茫。在导师的推荐下，我翻开了叶常青教授的这本大作，结果喜出望外！这本书没有华丽的辞藻，也没有故弄玄虚的理论，而是以一种极其务实的态度，手把手地教你如何进行有机光电器件的制备和表征。从材料的合成、纯化，到薄膜的制备、器件的搭建，再到各种光学和电学性能的测试，每一个步骤都讲得清清楚楚，配有详细的图示和操作流程。我尤其喜欢书中关于“疑难杂症”的解决技巧部分，比如如何处理溶解度差的材料、如何提高器件的稳定性等等，这些都是我在实验室里经常遇到的问题，而书中提供的解决方案简直是“点石成金”。更重要的是，这本书不仅仅是教你“怎么做”，更会告诉你“为什么这么做”，让你在实践中理解背后的科学原理，从而举一反三，触类旁通。自从学习了这本书，我的实验效率大大提高，实验结果也更加可靠，让我对有机光电领域的研究充满了信心！

评分☆☆☆☆☆

如果说我之前对有机光电器件的认识是“空中楼阁”，那么《有机光电材料与器件实验》这本书就是为我打下了坚实的“地基”。 它没有空泛的理论，而是直接切入实验的每一个具体环节，让我从一个“理论派”迅速转型为“实践派”。我尤其欣赏的是书中对于“材料选择与优化”这一部分的阐述，它并没有简单地罗列几种常用的材料，而是深入分析了不同材料的分子结构、能级和光谱特性，以及它们如何影响器件的性能，这让我对材料的设计和筛选有了更深刻的认识。此外，书中关于“器件结构设计”的介绍也极具启发性，它展示了不同器件结构（如单结、叠层等）的优缺点，以及如何根据具体需求进行优化，这让我能够跳出原有的思维定势，探索更多可能性。我记得在学习“光电转换效率测试”时，书中详细讲解了如何校准仪器、如何进行数据分析，以及如何排除一些常见的测试误差，这些实用的技巧让我避免走了不少弯路，也让我对测试结果的准确性更有信心。这本书的精髓在于它将前沿的科研知识，以最直观、最实用的方式传递给了读者，让我能够快速地将理论知识转化为实际的实验操作。