《有機(jī)電子學(xué)》word版

1、.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建（即共軛）結(jié)構(gòu)。摻雜導(dǎo)電的本質(zhì)是材料分子中的電子被移出（即被氧化）而產(chǎn)生的空穴，或者電子被引入而產(chǎn)生的電子，可在材料介質(zhì)中沿著分子移動，產(chǎn)生導(dǎo)電性。2.什么是有機(jī)材料？所謂的有機(jī)材料，通常是指碳、氫、氮、氧幾種元素以共價(jià)鍵的形式構(gòu)成的分子材料，少數(shù)還含有鹵素、硫和磷等元素。有機(jī)材料中分子與分子之間主要是通過范德華力、分子間偶極矩作用等分子間作用力相組合的。3、根據(jù)復(fù)雜性的不同，將有機(jī)材料分類，并對每類材料做簡要的說明。 有機(jī)*一般分為：小分子、聚合物、生物分子。小分子相對分子質(zhì)量小于100

2、聚合物相對分子質(zhì)量一般在10000以上。相對分子質(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)非常大，使得基于這類材料的光檢測器以及光伏器件中的活性層可以很薄。因

3、此，通過光激發(fā)產(chǎn)生的能量，不必穿越很長的距離就可以被檢測或者被收集，這就降低了生產(chǎn)工藝中隊(duì)材料化學(xué)及結(jié)構(gòu)完美性的要求。（2）很多熒光有機(jī)染料表現(xiàn)出比其吸收光譜大大紅衣的發(fā)射光譜，即材料的Stoke位移很大。因此有機(jī)電致發(fā)光器件中可以幾乎沒有再吸收損失。再加上有機(jī)材料較低的光折射率，使得有機(jī)電致發(fā)光器件避免了無機(jī)發(fā)光二極管中的再吸收和光折射損失這兩個主要缺點(diǎn)。（3）有機(jī)半導(dǎo)體材料中的前沿電子飽和，而非晶無機(jī)半導(dǎo)體材料中存在的大量的懸空健。因此在無序有機(jī)半導(dǎo)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)材料的數(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。例如，有機(jī)材料的發(fā)射

4、光譜可以涵蓋整個可見光區(qū)域、甚至可以延伸到紫外和近紅外區(qū)域。（5）有機(jī)材料的制備及提純工藝簡單快捷（6）一些有機(jī)薄膜的制備可以再室溫下，通過廉價(jià)的溶液方法制備，具有與柔性相容性較好的特性。5、簡述有機(jī)半導(dǎo)體和無機(jī)半導(dǎo)體的差異（1）結(jié)構(gòu)差異有機(jī)半導(dǎo)體是由分子構(gòu)成的，雖然分子內(nèi)原子間是以非常強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，但是分子之間的相互作用卻主要是較弱的范德華力。相比之下，無機(jī)半導(dǎo)體材料是由原子構(gòu)成，原子之間以工家園相結(jié)合。通常的，范德華力健結(jié)合能比共價(jià)鍵結(jié)合能要小約一個數(shù)量級，例如典型的范德華力相互作用能通常小于42KJ/MOL,而無機(jī)半導(dǎo)體硅的共價(jià)鍵家和能為318KJ/MOL。其次，有機(jī)材料中的范德華力

5、是以1/R6減小，其中R為分子間的距離；而無機(jī)半導(dǎo)體中的共價(jià)鍵鍵能，是以1/Rx下降。這就導(dǎo)致了有機(jī)材料中分子之間相互作用弱、能級分立能帶較窄；而無機(jī)半導(dǎo)體則由于原子之間較強(qiáng)的作用力，容易形成長程有序結(jié)構(gòu)。因而具有較寬的能帶和較窄的能隙。（2）激子差異當(dāng)材料中的電子受到激發(fā)而躍遷到較高能級時(shí)，材料由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，其中激發(fā)態(tài)中具有較高能量的電子與材料中的某空穴有一定的束縛關(guān)系。高能量的電子和與之有束縛作用的空穴一起組成了激子。有機(jī)半導(dǎo)體中的常產(chǎn)生于分子內(nèi)或者產(chǎn)生于相鄰分子間，分別稱為Frenkel激子或者電（CT）激子。這兩種激子中，電子和空穴之間的束縛力較強(qiáng)，半徑較小；半導(dǎo)體中的激子通常為通

6、過能帶之間的躍遷而產(chǎn)生的半徑較大，束縛力Wannier激子，憂郁有機(jī)材料中能級的分立性、能帶的狹窄性、材料的無定形性、以及陷阱和缺陷的普遍性，使得有機(jī)半導(dǎo)體中的激子表現(xiàn)出定域擴(kuò)散長度較短。（3）載流子差異有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子通常定域在分子內(nèi)，而無極半導(dǎo)體中的載流子則具有不離域化的特點(diǎn)。因此有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子歉意率普遍低于無機(jī)半導(dǎo)體。在室溫下無機(jī)半導(dǎo)體的載流子遷移率約為100-10000cm2/Vs，而高度有序的有機(jī)半導(dǎo)體中，載流子遷移率的上限為40左右。在其他無序分子體系和高分子中，典型遷移率數(shù)值通常在10的-510的-3左右。（4）一般物理性質(zhì)差異有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了他們通常具有低熔

7、點(diǎn)，告壓縮系數(shù)、相對柔軟、可燃點(diǎn)以及易溶于有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，這與無機(jī)材料很不同，例如，無機(jī)半導(dǎo)體通常堅(jiān)硬，易碎，當(dāng)處于潮濕、腐蝕等不利于環(huán)境時(shí)，相對比較穩(wěn)定。6.簡述有機(jī)分子內(nèi)的主要光電過程，請基于軌道能級畫出相應(yīng)的示意圖。8、什么是發(fā)光過程，請指出舍呢么是熒光和磷光？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（即處于激發(fā)態(tài)的分子）后，再以電磁輻射的形式回到基態(tài)的過程。來自于單線態(tài)機(jī)子的光輻射產(chǎn)生熒光，而來自于三線態(tài)激子的輻射產(chǎn)生磷光。光致發(fā)光、陰極發(fā)光、電致發(fā)光9、請指出可見光所在的波長范圍通常，有機(jī)材料的光發(fā)射波長在可見光區(qū)域380-780nm10、請列舉

8、基于有機(jī)活性材料的幾種光電子器件有機(jī)場效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽能電池、有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)傳感器、有機(jī)存儲器、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1、 簡述固體材料物質(zhì)的幾種成鍵方式，并簡單解釋這些成鍵方式固體物質(zhì)中主要的成鍵方式包括離子鍵、金屬健、共價(jià)鍵、分子健幾種。離子鍵主要是指正負(fù)離子之間的長距離庫倫吸引力。以離子鍵接合的固體通常熔點(diǎn)高，比較易碎，在低溫下是不導(dǎo)電的絕緣體，而當(dāng)高溫熔融時(shí)或者在溶液狀態(tài)時(shí)，由于存在自由移動的正負(fù)離子，這些離子鹽就稱為電的良導(dǎo)體；金屬健指的是正負(fù)電荷通過庫倫作用力相結(jié)合的成鍵方式，但是金屬健中的負(fù)電荷是離域的、可以自由移動的電子，正電荷離子為原子核。由

9、于存在大量流動的電子，金屬材料一般具有導(dǎo)電性號、反射率高、熔點(diǎn)較高。同時(shí)材料的-性的特點(diǎn)。共價(jià)鍵指的是相鄰原子之間公用電子對的成鍵方式，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，原子之間以很強(qiáng)的鍵結(jié)合，不存在獨(dú)立分子。分子鍵結(jié)合的材料中，原子之間既包括分子內(nèi)的共價(jià)鍵，又包括分子間的范德華力為主的分子鍵，其柔性好、熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性較差等。2、 什么是電子軌道？電子云？原子核外電子的特性通常用電子 軌道來描述，它包括電子運(yùn)動軌跡（即電子云形狀）和電子能量（軌道能級）兩個最重要的內(nèi)涵。院子內(nèi)的電子通常具有波動性，服從測不準(zhǔn)原理。也就是說，在分子、原子中運(yùn)動的

10、電子沒有傳統(tǒng)的運(yùn)動軌道，而是行蹤不定的按照一定的幾率在原子核附近空間里出現(xiàn)。原子在原子核周圍出現(xiàn)的幾率的空間分布稱為電子云，它反映了電子可能的運(yùn)動空間，也成為電子軌道的形狀。3、 描述碳原子的三種雜化軌道，并指出其空間構(gòu)型。Sp3雜化：一個2s電子與三個2p雜化，就會形成sp3雜化?？臻g構(gòu)型，對稱的四面體分布，軌道之間的夾角為109.5度。Sp2雜化軌道：一個2s電子與兩個2p雜化。空間對稱的平面三角形分布，能量相同的三個簡并軌道，夾角為120度。Sp雜化：一個2s電子與一個2p電子雜化，就會形成sp雜化。空間構(gòu)型：對稱的直線分布，軌道之間的夾角為180度4.碳原子與周圍原子最多可以形成幾個共

11、價(jià)鍵？2個碳原子之間做多可以形成幾個鍵？4個；3個5.何為飽和鍵？何為不飽和鍵？請指出二者的穩(wěn)定性差異。當(dāng)游記分子中含有派健時(shí)，也成為不飽和鍵，雙健和三健都是不飽和健，相對的，單健稱為飽和鍵。不飽和鍵比較活潑，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；飽和鍵相對穩(wěn)定；6、請解釋價(jià)電子、電子、電子和n電子。將其軌道能量做大致的排序。當(dāng)原子相互結(jié)合形成共價(jià)鍵時(shí)，兩個原子之間共享的釘子為價(jià)電子。孤對電子:例如，由o、cl、br、i等外層電子較多原子組成的分子中，通常有孤對電子所在的軌道能量也較高，因此他們有時(shí)也會參與分子的各種光電性電子也成為n電子。一個分子中各類電子的能量順序?yàn)椋?7、以金剛、石墨和富勒烯為例，闡述不同的化

12、學(xué)鍵合方式的材料性質(zhì)差異。金剛石中的碳是sp3雜化，原子之間完全是共價(jià)鍵。碳原子在正常軌道上向空間擴(kuò)展，形成大分子。性質(zhì)：堅(jiān)硬無比，非常穩(wěn)定，是絕緣體。層狀石墨碳是sp2雜化，層內(nèi)原子之間是共價(jià)鍵，存在派電子。而層狀的碳原子是以范德華力結(jié)合的。這樣的建和方式，使石墨既有較好的平面性，又有良好的層狀結(jié)構(gòu)，可以再大平面內(nèi)離域的派電子使石墨的導(dǎo)電性較好，而又使得石墨具有潤滑性；球狀富勒烯由于存在sp2軌道可形成共軌，因此有導(dǎo)電性。但是富勒烯是個分立的分子，分子之間是范德華力，與石墨相比，富勒烯中共軛程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石墨，同時(shí)由于球形彎曲的緣故，其共軛性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有石墨好，因此導(dǎo)電性低于石墨，穩(wěn)定性也比石墨

13、低。8、什么是共軛結(jié)構(gòu)？共軛是有機(jī)物中碳原子排列的一種特定的形式，在這種排列中，單健和雙鍵交替出現(xiàn)，其中來自sp2碳或者sp碳原子軌道的西健將原子結(jié)合在一起，而來自雜化pz、py碳原子軌道的派健相互重疊星辰管理與分子軌道（派軌道）。9、什么是材料的芳香性？有機(jī)材料中包括苯環(huán)在內(nèi)的這種換裝平面共軛氮源稱為芳香結(jié)構(gòu)，具有芳香結(jié)構(gòu)的材料通常認(rèn)為具有芳香性。10、簡述分子軌道理論。述分子軌道理論 很多原子的分子中存在大量電子及原子軌道，簡并程度很高，為簡化處理多電子系統(tǒng)，將分子中每個原子的電子軌道結(jié)合在一起考慮，形成分子中的電子軌道，由此發(fā)展為分子軌道理論。該理論認(rèn)為：（1.）分子中每個電子的運(yùn)動是在

14、核和其余電子的平均勢場中運(yùn)動，運(yùn)動狀態(tài)可由單電子波函數(shù)描述。（2）分子軌道可用原子軌道的線性組合來描述。價(jià)鍵軌道的數(shù)目必須守恒。由能量的高低，分子軌道可分為成鍵軌道和反鍵軌道。（3）電子根據(jù)最低原理和泡利不相容原理排布在分子軌道上。（4）不同原子軌道有效組成分子軌道必須滿足能量相近、軌道最大重疊和對稱性匹配三個條件。14、請畫出示意圖，表達(dá)同一分子分別在氣態(tài)、稀溶液、晶體、非晶體時(shí)候的吸收光譜的情況。15、解釋最高占據(jù)能級和最低空置能級，并指出他們與電子親和性、解離性、導(dǎo)帶、及及價(jià)帶的感謝。3.有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子通常定域在分子內(nèi)，而無機(jī)半導(dǎo)體的載流子則具有離域化的特點(diǎn)。因此有機(jī)半導(dǎo)體中載流子

15、遷移率普遍低于無機(jī)半導(dǎo)體。在室溫下，無機(jī)半導(dǎo)體的載流子遷移率約為100-10000cm/VS,而高度有序的有機(jī)半導(dǎo)體中載流子遷移率的上限為40cm2/Vs左右，在其他無序分子體系和高分子中，典型遷移率數(shù)值的上限在10的-5-10的-3左右。4.一般物理性質(zhì)的差異有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了他們通常具有低熔點(diǎn)，告壓縮系數(shù)、相對柔軟、可燃點(diǎn)以及易溶于有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，這與無機(jī)材料很不同，例如，無機(jī)半導(dǎo)體通常堅(jiān)硬，易碎，當(dāng)處于潮濕、腐蝕等不利于環(huán)境時(shí)，相對比較穩(wěn)定。21、什么是熒光和磷光？指出其壽命。電子從S1到基態(tài)的光輻射躍遷定義為熒光過程，所發(fā)出的光為熒光，壽命為10的-910的-6秒范圍；類似的，電子從T1到基態(tài)的光輻射躍遷定義為磷光過程，所發(fā)出的光為磷光，壽命為10的-6到20秒范圍。22、什么是Davydov能級分裂？通過二聚體模型說明：為什么用相互垂直的偏振光入社單晶材料得到的吸收光譜，往往可以檢測到Davydov能級分裂？在聚集態(tài)的材料中，憂郁激子與周圍幾臺分子相互作用，產(chǎn)生了多種共振結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了原激子的簡并能級部分升高、部分降低，發(fā)生能級分裂，這就是Davydov能級分裂。有機(jī)分子的Davydov能級過程，可產(chǎn)生光學(xué)躍遷偏振現(xiàn)象；著是允許光躍遷情形下的躍遷偶極矩（transition dipole moment，