电致发光测量装置研制及几种绝缘聚合物电致发光谱特性

论文摘要

电致发光（EL）是一种研究聚合物中陷阱特性、空间电荷的存贮和输运特性、聚合物的结构转变和分子运动的重要工具,现已获得广泛应用。由于绝缘聚合物分子结构和运动的复杂性,造成绝缘聚合物中EL呈现更为复杂形式。本文以几种典型绝缘聚合物的EL为研究对象,建立了从EL的测量、信号处理、数据分析和处理的一整套方法。既可以用于研究高聚物高电场老化机理,也可以用于分析材料的电学和光学性质。因此,具有显著的科学研究和工程应用价值。在国内首次设计制作了、国际上无商品出售的电致发光测量装置。装置空载时,光子计数器暗噪声均值为16cps,测试温度20℃,光子计数器的最小测量值为2.3×10-17W;光谱装置的最小测量值为3.0×10-17W,分辨率不大于4nm,重复误差不大于2nm。本装置的光谱分辨率比目前用干涉滤光片达到的分辨率提高了一个数量级,并与Mary研究小组所用装置的光谱分辨率相同。利用本装置测得低密度聚乙烯（LDPE）薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜、Dupont普通聚酰亚胺薄膜100HN和无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜100CR的EL阈值电场强度分别为1.2 MV/cm,3.5 MV/cm,2.8 MV/cm,2.6MV/cm,前三者的值与Laurent等人报道的结果相近。测得PET薄膜的EL谱由320nm-480nm的激基复合物荧光峰、500-600nm的单体磷光峰和600nm及更长波长老化副产物发光峰组成。首次测量了100CR膜的EL谱,测试结果表明100CR膜有中心位于500nm、650nm及810nm附近的三个特征峰区。分析认为500nm峰区是电荷的碰撞激发,650nm峰区由碰撞电离后的电荷复合,810nm峰区由碰撞激发和/或碰撞电离后的化学老化形成的。首次研究了电晕老化处理对100HN和100CR薄膜EL的影响。电晕老化前后100HN薄膜的EL阈值为2.8MV/cm和2.5MV/cm。与此不同,100CR薄膜的阈值均为2.6MV/cm,未发生变化。将100HN和100CR薄膜

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电致发光的基本现象、研究现状及意义
• 1.2 电致发光的物理基础
• 1.2.1 高能电子与发光中心的非弹性碰撞发光
• 1.2.2 载流子双极注入式发光
• 1.3 电致发光的化学基础
• 1.3.1 激发态的电子组态
• 1.3.2 激发态的衰减
• 1.3.3 辐射能量转移
• 1.4 几种典型绝缘聚合物的电致发光
• 1.4.1 聚乙烯电致发光
• 1.4.2 聚酯和聚萘酯薄膜的电致发光
• 1.5 聚酰亚胺薄膜电致发光
• 1.5.1 聚酰亚胺薄膜及其无机纳米复合物
• 1.5.2 耐电晕Kapton聚酰亚胺薄膜
• 1.5.3 聚酰亚胺薄膜的电致发光
• 1.6 论文工作的主要内容
• 第2章 电致发光过程特点
• 2.1 电致发光的物理及化学过程
• 2.1.1 物理过程
• 2.1.2 化学过程
• 2.2 电致发光的测试方法
• 2.2.1 不均匀电场的优缺点
• 2.2.2 均匀电场的优缺点
• 2.2.3 电压激励方式
• 2.3 电致发光与局部放电发光的区别
• 2.4 电致发光与光致发光的联系
• 2.4.1 相同之处
• 2.4.2 不同之处
• 2.5 小结
• 第3章 电致发光测量装置的研制
• 3.1 电致发光的基本实验方法
• 3.2 EL测量装置设计方法
• 3.2.1 样品室、电极、加热器与冷却器
• 3.2.2 光子计数器
• 3.2.3 光谱装置
• 3.2.4 其他部分
• 3.3 测量装置的性能
• 3.3.1 光子计数器信噪比和最小测量值
• 3.3.2 测量装置的最小测量值和分辨率
• 3.4 测量装置的有效性检验
• 3.4.1 光子计数器
• 3.4.2 有效性检验
• 3.4.3 装置的联合测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚乙烯和聚酯薄膜电致发光测量
• 4.1 聚乙烯（PE）和聚酯（PET）
• 4.1.1 PE的EL特点及影响因素
• 4.1.2 PET的EL特点及影响因素
• 4.2 聚乙烯薄膜谱特性
• 4.3 聚酯薄膜谱特性
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 LDPE和PET薄膜光强
• 4.4.2 LDPE和PET薄膜光谱
• 4.5 本章小结
• 第5章 聚酰亚胺薄膜电致发光测量
• 5.1 普通和纳米杂化聚酰亚胺薄膜
• 5.2 两种聚酰亚胺薄膜电晕老化前后谱特性
• 5.2.1 100HN薄膜的光强与光谱
• 5.2.2 100CR薄膜光强和光谱
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 100HN和100CR薄膜的光强
• 5.3.2 100HN和100CR薄膜的光谱
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢