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1、《有機(jī)電子學(xué)》思考題及答案第一章:引言第一章:引言1.如何使高分子材料具有導(dǎo)電性?摻雜高分子的導(dǎo)電機(jī)制是什么?必須在碳原子之間存在交替的單雙鍵(π共軛)結(jié)構(gòu)。摻雜導(dǎo)體的本質(zhì)是材料分子中的電子被移出(即氧化)而產(chǎn)生空穴,或者電子被引入(還原)而產(chǎn)生電子,可在材料介質(zhì)中沿分子移動(dòng),產(chǎn)生導(dǎo)電性。2.什么是有機(jī)材料?所謂有機(jī)材料,通常指由碳?xì)溲醯獛追N元素以共價(jià)鍵形式構(gòu)成的分子材料,少數(shù)還含有鹵素、硫、磷。有機(jī)材料中分子與分子之間主要是通過范德華
2、力、分子間偶極作用等分子間作用力相結(jié)合。3.根據(jù)復(fù)雜性的不同,請(qǐng)將有機(jī)材料分類,并對(duì)每類材料做簡(jiǎn)要說明。有機(jī)一般分為:小分子、聚合物、生物分子。小分子相對(duì)分子質(zhì)量小于100聚合物相對(duì)分子質(zhì)量一般在10000以上。相對(duì)分子質(zhì)量介于小分子和聚合物之間還存在一種大分子有機(jī)化合物。小(大)分子具有明確的分子量,是單一物質(zhì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為:共軛非共軛分子、含金屬元素的有機(jī)金屬配合物、有明確重復(fù)單元的寡聚物、星型化合物、樹狀物。聚合物也稱高分
3、子,是由碳?xì)溲醯冉M成的結(jié)構(gòu)單元為單體,通過多次重復(fù)連接而成。一般為混合物,具有分子量分布。固、液、氣狀態(tài)的變化一般不明顯生物分子是結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的有機(jī)物。4.與無機(jī)半導(dǎo)體材料相比,簡(jiǎn)述有機(jī)半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)。(1)有機(jī)材料在可見光區(qū)域有很好的吸收特性,消光系數(shù)很大,使得基于這類材料的光檢測(cè)器以及光伏器件的活性層可以很薄。因此通過激光產(chǎn)生的能量不必穿過很長(zhǎng)的距離就可以被檢測(cè)或被收集,這就降低了生產(chǎn)工藝中對(duì)材料化學(xué)及結(jié)構(gòu)完美性的要求。(2)很
4、多熒光有機(jī)染料表現(xiàn)出比其他吸收光譜大大紅移的發(fā)射光譜。因此有機(jī)電致發(fā)光器件可以幾乎沒有再吸收損失。又有機(jī)材料的折射率低,使電致發(fā)光器件避免了無機(jī)發(fā)光二極管的再吸收和光折射損失的缺點(diǎn)。(3)有機(jī)半導(dǎo)體中的前沿電子飽和,而非晶無機(jī)半導(dǎo)體材料中存在大量的空懸鍵。因此在無序有機(jī)體系中本征缺陷的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于非晶無機(jī)半導(dǎo)體。(4)有機(jī)材料數(shù)量是無限的,材料的光電性質(zhì)可以通過分子結(jié)構(gòu)剪裁來實(shí)現(xiàn)多樣化。(5)有機(jī)材料的制備及提純工藝簡(jiǎn)單快捷。(6)一些
5、薄膜制備可以在室溫下,通過廉價(jià)的溶液方法制備,具有與各種類型基板相容性好的特性。5.簡(jiǎn)述有機(jī)半導(dǎo)體材料的與無機(jī)半導(dǎo)體材料的差異。(3)系間竄越(ISC壽命約為10ps)(4)熒光(FL;壽命在1~10ns間)(5)磷光(Ph;壽命大于100ns)(6)非輻射躍遷8.什么是發(fā)光過程,請(qǐng)指出什么是熒光和磷光?基于不同的激發(fā)方式,列舉幾種發(fā)光過程。發(fā)光是指材料吸收某種形式的能量而形成激子,再以電磁輻射的形式回到基態(tài)的過程。來自于單線態(tài)的激子的
6、光輻射產(chǎn)生熒光,來自于三線態(tài)的激子的光輻射產(chǎn)生磷光。光致發(fā)光、陰極發(fā)光、電致發(fā)光。9.請(qǐng)指出可見光所在的波長(zhǎng)范圍。通常有機(jī)材料的光發(fā)射波長(zhǎng)在可見光區(qū)域(380~780nm)10.請(qǐng)列舉基于有機(jī)活性材料的幾種光電子器件。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽(yáng)能電池。有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)傳感器、有機(jī)存儲(chǔ)器、有機(jī)激光器。第二章:有機(jī)材料中的電子結(jié)構(gòu)和過程第二章:有機(jī)材料中的電子結(jié)構(gòu)和過程1.簡(jiǎn)述固體物質(zhì)的幾種成鍵方式,并簡(jiǎn)單解釋這些成鍵方式。離子鍵、金
7、屬鍵、共價(jià)鍵、分子鍵。離子鍵指正負(fù)離子間的長(zhǎng)距離庫(kù)倫吸引力,以之結(jié)合的固體通常熔點(diǎn)較高,易碎、低溫下為絕緣體,高溫熔融或溶液狀態(tài)為良導(dǎo)體。金屬鍵也是指正負(fù)電荷通過庫(kù)倫作用力相結(jié)合的成鍵方式,但負(fù)電荷是離域的、可自由移動(dòng)的自由電子,真電荷粒子為原子核,一般具有導(dǎo)電性好、反射率高、熔點(diǎn)較高、柔性較好等特點(diǎn)。共價(jià)鍵指的是相鄰原子之間公用電子對(duì)的成鍵方式,以之結(jié)合的固體一般易碎、熔點(diǎn)較高,本征導(dǎo)電性不高,但摻雜導(dǎo)電性顯著提高。以上三種成鍵,原子
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