几种光信息材料光物理特性的动力学研究

发布时间：2018-01-09 04:29

本文关键词：几种光信息材料光物理特性的动力学研究　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：光电信息材料种类繁多,根据材料的构成主要分为有机材料和无机材料两大类;其应用也十分广泛,在照明、能源和光调制等方面都表现了优异的功能。本文从光电信息领域中筛选了几种代表性的研究对象和热点的物理问题,利用本课题组特有的丰富的光谱测试系统开展研究。我们一方面希望能够加深人们对光电信息材料的认识和理解;另一方面希望能够为光电信息材料找出新的应用载体,开辟新的应用方向。本文已取得的主要研究成果如下:(1)研究了有芴和吩噻嗪单元的F-P、F-P-F和P-F-P-F-P三种有机低聚物光谱和结构特性,它们是具有重复共轭结构单元的有机光电材料。我们从量化计算、发光动力学、非线性光学等多个角度入手,谈到了分子结构和光谱特性之间的物理联系。理论计算显示随着共轭单元的增加,分子的最高占据轨道HOMO在逐渐上升同时最低空轨道LUMO在逐渐下降,带隙逐渐变窄。这一实验结果同实验中的稳态吸收和发射光谱的结论相匹配;发光动力学显示分子的发光寿命也随着重复单元的增加而延长,其发光性能进一步提升,这同稳态发光强度的结果相吻合。此外随着Z-扫描技术的应用,发现分子的双光子吸收截面也随着共轭单元的增加而不断增大。以上实验结果证实增加共轭单元确实是提升材料光学特性的有效途径和手段。(2)我们研究了具有共轭单元且具有电子给体和电子受体结构的红光有机光电材料TPA-DCPP的超快光物理特性。鉴于其特殊的分子结构,我们首先对比了它在在三种不同溶剂甲苯、CHCl3和THF三种溶剂中的超快光物理过程,讨论溶剂极性对其光物理特性的影响。研究结果显示TPA-DCPP在甲苯中具有明显的分子内电荷转移特性。光致激发以后,从初始态到电荷转移态的转移速率随着溶剂极性的增强而逐渐加速,当TPA-DCPP溶解在高极性的THF当中的时候,最终分子内的电荷转移态与初始能态叠加在一起,而“消亡”。基于时间相关单光子计数技术的发光动力学研究显示TPA-DCPP的发光寿命也随着溶剂极性增强而逐渐加速。其次我们研究了TPA-DCPP在甲苯中的变温发光特性,结果显示激发态的TPA-DCPP对溶剂极性十分敏感,从发光强度随温度的衍化规律中可以看出,随着温度的升高发光强度逐渐上升,发光峰值蓝移,发光带宽变窄。结合对弛豫路径的讨论,说明光子发射在分子内电荷转移态而不是初始激发态。(3)除了有机材料外,无机纳米粒子也是一大类重要的光电信息材料。我们以课题组最新合成的Zn Cu In S/Zn S核壳量子点为研究对象,初步探讨了这类绿色纳米粒子的光学特性。我们分析不同厚度硫化锌(Zn S)壳的Zn Cu In S量子点的光致发光特性,主要从发光动力学和变温发光光谱两方面解析了核壳对量子点发光特性的调控机制和作用。从发光动力学的结果显示核壳可以抑制核的表面缺陷态和电子-晶格相互作用,减少非辐射弛豫;而变温发光的数据则证明核壳的厚度增加会增加量子点的活化能。这些结果丰富了人们对该类核壳量子点发光性能的认识和理解。(4)除了上述发光材料外,光子晶体是光电信息材料中的一类奇特的材料;其本身并不发光,但其独特的周期性结构可以对光子进行有效的调控;而偶氮材料是一类传统经典的光致双折射材料,在光照条件下可以改变光的偏振特性。我们尝试将这两种独特的光学材料组合在一起,探讨光子晶体对光致双折射作用的调控机制。为此我们制备了基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的不同光子带隙的蛋白石光子晶体,将其和偶氮(Azo)薄膜结合,构筑光子晶体-偶氮复合体系,分析了光子晶体带隙和薄膜厚度等因素对光响应速率的调控程度。结果显示三维蛋白石晶体对偶氮染料的光致双折射起到了增强作用,通过内部网状微孔结构的光调节实现。偶氮染料掺杂聚合物的薄膜比单纯的偶氮薄膜具有更好的光学物理性质,光子晶体促进偶氮材料进一步调控光场,增强光致双折射的作用。这些结果为深入开发光子晶体的功能提供实验依据。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O48

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