金属-有机晶态材料多功能基元自组装及性质研究(3)

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致谢 46

本科期间研究成果 47

参考文献 48

1.1 发光材料

当某种物质受到射线、高能粒子、电子束、外电场等激发后，物质将处于激发态，会通过光或热的形式释放出来能量。如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。在实际应用中，将受外界激发而发光的固体称为发光材料。它们可以以粉末、薄膜、单晶或非晶体等形态来使用，主要组分是稀土金属的化合物和半导体材料，与有色金属有着密切关系[1]。

1.1.1 发光材料的分类

传统发光材料可分为两种：自发光型和蓄光型。自发光型荧光剂自身携带的微量放射性物质，能够释放射线激发荧光剂发光。而蓄光型荧光剂则几乎不含有放射性物质，但需要提前吸收并储备足够强度的外界光照，电子本身由低能级跃迁到高能级并储存起来。当周边环境黑暗时，荧光剂再逐渐释放吸收来的能量，此时电子由高能级向低能级跃迁，荧光剂开始发光。由于蓄光型荧光剂自身不携带射线激发材料，所以它的余辉不如自发光型持久[2]。

科研人员提出、发展和完善各种发光理论，与此同时开发和应用多种发光材料，特别是固体发光材料，它已在照明、传感、成像、显示、医学诊断以及生物标记等各个领域得到了广泛应用。传统的固体发光材料可分为无机发光材料和有机发光材料两大类。

（1）无机材料

有代表性的无机荧光材料有稀土离子发光及稀土荧光材料，其优点是高转换率，强吸收能力，稳定的物理化学性质，且稀土配合物中心离子的窄带发射有利于全色显示。由于稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，使稀土成为发光的宝库，为信息通讯等高科技领域提供了性能卓越的发光材料。到21世纪初，常见无机荧光材料是以碱土金属的硫化物（如 ZnS、CaS）、铝酸盐（SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4）等作为发光基体，以镧系元素[铕(Eu) 、铒(Er) 、钐( Sm) 、钕(Nd)等] 作为活化剂和共活化剂。

制备无机荧光体的传统方法是高温固相法，但随着新技术的迅速发展，一些新的方法已经出现，克服经典合成方法所固有的缺陷，提高了发光材料性能，如燃烧法、水热沉淀法、溶胶—凝胶法、微波法等。

（2）有机材料

在发光材料领域中，人们越来越重视有机材料的研究，这是由于有机化合物繁多的种类，丰富的色彩，高的色纯度，良好的可调性，分子设计相对灵活。根据有机发光材料不同的分子结构，可分为：(1) 小分子有机发光材料；(2) 高分子有机发光材料；(3) 有机配合物发光材料。这些发光材料在发光机理、物理化学性能和应用上都有各自的特色。

小分子有机发光材料品种繁多，它们大多含有共轭杂环及各种生色团，结构易于调整，通过引入烯键、苯环等不饱和基团和各种生色团以调整其共轭长度，从而使这些化合物光电性质出现改变。如恶二唑及其衍生物，三唑及其衍生物，香豆素类衍生物，罗丹明及其衍生物，1,8-萘酰亚胺类衍生物，三苯胺类衍生物，吡唑啉衍生物，卟啉类化合物，咔唑、吡嗪、噻唑类衍生物，苝类衍生物等。它们被广泛应用于光学电子器件、光化学传感器、DNA诊断、荧光增白剂、荧光涂料、激光染料、有机电致发光器件(ELD)等方面。然而小分子发光材料容易发生固态荧光猝灭现象，普通方法掺杂制成的器件又容易聚集结晶，从而降低装置的寿命。因此许多的科研人员一方面致力于研究小分子有机发光材料，另一方面探寻发光性能更佳的材料，高分子发光材料就顺势诞生了。