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学术知识

冷热台HCS在聚合物发光二极管的变温光致发光光谱测试中的应用

光致发光光谱实验技术通过激发材料中的电子、激子或其他载流子,并分析其发射的光谱,以研究材料的光电性质。此类实验通常采用激光或其他光源照射样品。当激发光子的能量大于材料的带隙能量时,材料中的载流子被激发,并随后发射出光子。通过冷热台分析这些发射光子的能量和强度,可获取关于材料的结构、能带结构、缺陷、激子特性和载流子动力学等信息[1]。在变温下进行光致发光光谱测试具有以下几个优势:


1. 温度依赖性研究:有助于揭示材料的光电性能随温度变化的规律,以及材料的温度依赖性质。

2. 相变和结构变化:温度变化可能导致材料的相变或结构变化,通过在不同温度下进行光致发光光谱测试,可观察这些变化对材料光电性能的影响。

3. 应用环境模拟:对于某些实际应用场景下的材料,如高温或低温环境,变温测试可以模拟这些环境条件,评估材料在不同温度下的性能表现。

4. 动力学行为研究:温度变化可能影响载流子的输运和复合动力学行为,通过变温测试,可研究这些动力学过程在不同温度下的变化规律。


变温的光致发光光谱在多个领域具有广泛应用,主要包括:

  1. 材料科学与表征:在材料科学领域,该技术被广泛应用于研究和表征各种材料的光电性能,包括半导体材料、光电功能材料、纳米材料等。

  2. 光电子器件研发:在光电子器件的研发过程中,可评估器件的性能稳定性和温度依赖性。

  3. 半导体物理与器件工程:研究半导体材料的载流子动力学行为、能带结构、缺陷特性等。

  4. 能源材料研究:评估材料的光电转换效率、载流子输运性能等关键参数。

  5. 生物医学应用:研究生物材料的荧光性质和光生物学过程。总之,变温的光致发光光谱在材料科学、光电子学、能源领域以及生物医学等多个领域具有重要应用价值,为研究人员提供了深入了解材料光电性能和光物理过程的有效工具。


以蓝色聚合物发光二极管在变温环境下的发光特性研究为例,聚合物发光二极管(PLED)在过去的二十年里受到了众多学术界和工业界的关注,被认为是理想的下一代显示技术。PLED具有优异的电学和光学特性,以及低成本制造的优势。目前,绿色和红色PLED的效率和寿命已经达到了工业化要求,但蓝色PLED仍存在许多障碍[2]。蓝色PLED的主要问题是蓝色发光材料的电荷注入不够,导致高工作电压、低效率和亮度。为了克服这一根本障碍,需要对蓝色PLED的多层器件结构进行优化设计,通过界面工程来改善电极性能,以提高效率。但是,这一方法不容易实现,因为相邻有机层之间的互溶性和混合性在涂布过程中可能会产生,这会限制蓝色器件效率和稳定性的提高,并增加工业化的复杂性。


Liu等人[3]提出了一种新的多层器件结构和界面工程方法,以解决蓝色PLEDs中的电荷注入问题。这种方法不仅提高了器件的性能,还为未来蓝色PLEDs的发展提供了新的思路。并通过在变温下测试了材料的光致发光光谱,证明其具有良好的温度稳定性。如图1所示,结果表明,热自交联发射体与未接枝交联单元的对应物相比具有更好的发光稳定性。自交联的蓝色PLED具有非常高的外部量子效率(EQE)为4.29%,最大亮度为7491 cd/m2,这是迄今为止在自交联蓝色荧光聚合物领域中报道的最高效率和强度。其中,随着温度的升高,PFCT对照膜荧光峰的位置几乎不受影响,而强度显著降低,表明分子的热振动增加,非辐射跃迁速率相应增加;对于可交联PFCTV20膜,随着温度的升高荧光强度变化很小,赋予它实现高效、稳定的蓝色PLEDs的巨大潜力。

 

图片1

图1 邻二甲苯冲洗后热交联的PFCTV20膜的耐溶剂曲线

及 PFCT和PFCTV20膜的温度依赖性的光致发光光谱

 

为实现低温/变温场景的测试,武汉光谷薄膜技术可提供全套解决方案,通过冷热台(HCS-1L)和光致发光光谱仪的光路匹配设计,保持原有光学测试的完整性,又实现样品在78-800K的可控范围内。


冷热台(HCS-1L)是能够提供很好的温度梯度和高稳定性的温度场,具有78--800K的宽温度范围、0.1K的高精度控温等特性,并可以为客户设计定制化样品台,匹配客户检测设备,可实现在低温下或变温下电学、磁学、电磁学、光学、光电学、热力学、力学、声学等性能测试。

 

[1] Li L, Li P, Wen Y, et al. Temperature dependences of photoluminescence and electroluminescence spectra in light-emitting diodes[J]. Applied Physics Letters, 2009, 94(26).

[2] Niu Y H, Liu M S, Ka J W, et al. Crosslinkable hole-transport layer on conducting polymer for high-efficiency white polymer light-emitting diodes[J]. Advanced Materials, 2007, 19(2): 300-304.

[3] Liu A, Liu Z, Lin H, et al. Novel thermally self-crosslinkable diarylfluorene-based copolymers for efficient and stable blue light-emitting diodes[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8(27): 9303-9312.

 

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