有机光电材料光致发光光致吸收谱的测量(3)
时间:2017-04-22 16:36 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。 有机物的发光是分子从激发态回到基态产生的辐射跃迁现象。 获得有机分子发光的途径很多,光致发光中大多数有机物具有偶数电子,基态时电子成对的存在于各分子轨道。 根据Pauli不相容原理,同一轨道上的两个电子自旋相反,所以分子中总的电子自旋为零(ΔS),这个分子所处的电子态称为单重态(2S+1=0),当分子中的一个电子吸收能量被激发时,通常它的自旋不变,则激发态是单重态. 如果激发过程中电子发生自旋反转,则激发态为三重态。 三重态的能量常常较单重态低。当有机分子在光能(光子)激发下被激发到激发单重态(S)经振动能级驰豫到最低激发单重态(S1), 最后由S回到基态S0, 此时产生荧光。 如果受激发分子的电子在激发态发生自旋反转，当它所处单重态的较低振动能级与激发三重态的较高能级重叠时，就会发生系间窜跃，到达激发三重态，经过振动驰豫达到最低振动能级，然后以辐射形式发射光子跃迁到基态的任一振动能级上，这时发射的光子称为磷光。其电子跃迁过程如图2.1。 图2.1有机分子能级与电子跃迁过程 2.2.2 有机光电材料中的光致吸收原理 光致吸收（Photoinduced absorption，简称PIA）, 如图2.2所示，一束泵浦光激发样品，基态电子被激发到较高能级，使基态粒子布局数减少，随后，一束宽谱探测光通过样品被激发的区域，来监测不同激发态的粒子数布局状态。故可采用泵浦探测的方法来测量光致吸收谱。吸收谱 给出了电子占据能级及相应的吸收强度，材料的成分，电子动力学特点可从 中反映出来。应用PIA可以研究有机器件中电荷分离和复合这样的基本过程。 图2.2 光致吸收原理图 2.3 光谱测量方法 2.3.1 光致发光测量方法 图2.3 光致发光光路图 如图2.3所示，该测量需要一束激发光，激光的光子能量要大于材料的禁带宽度Eg，薄膜样品放在温度可调的低温恒温器中，用透镜将材料光致发光的光线汇聚到单色仪的光线入口处，可通过光栅的扫描得到不同波长处的光强，还可以用摄谱仪直接得到整个光谱，最终都可由计算机处理数据。 2.3.2 光致吸收测量方法 光致吸收测量原理：泵浦光打到样品前与打到样品后透射光的变化△T是非常小的，可以使用相敏（锁相）探测技术。泵浦光是在参考信号下调制的，因此△T也在该频率下调制。经调制的△T由以同样频率为参考频率的锁相放大器探测。通过测量△T和T并且扫描不同波长的探测光强度，可以得到△T/T的光谱。下面将表明△T/T与吸收变化率△ɑ是成正比的。 图2.5泵浦探测示意图 如图2.5所示， 为泵浦光的强度， 样品前探测光强， 为透射的探测光强。透射率T可表示为 瞬态吸收中的透射率的变化( )定义为:有泵浦光时探测光的透过率减去无泵浦光时探测光的透过率，归一化的透过率变化为: (责任编辑：qin) |