有机电子学思考题与答案1Word文件下载.docx
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通常范德华键结合能比共价键结合能要小一个数量级。
其次，有机材料中分子之间的相互作用弱、能级分立、能带较窄；
无机半导体由于原子之间较强的作用，容易形成长程有序结构因而具有较宽的能带和较窄的能隙。
（2）激子差异
有机半导体的激子通常产生于分子内（Frenkel激子）或相邻分子间（CT激子）,两种激子中，电子和空穴之间的束缚力较强，激子半径较小，且表现出定域性、扩散长度较短。
无及半导体中的激子常为通过能带之间的跃迁而产生的半径较大、束缚力较弱的Wannier激子。
（3）载流子差异
有机半导体的载流子通常定域在分子内，无机**则具有离域化的特点。
因此有机*载*的迁移率普片低于无*。
（4）一般性物理差异有机*的结构特点决定了他们具有低熔点、高压缩系数、相对柔软、可燃及易溶于有机溶剂的特定。
无机*则坚硬、易碎、处于不利环境相对较稳定等。
有机*柔性及可操作性提供了新的加工方法，且比较容易制备缺陷和杂质浓度都很低的高品质表面及界面。
6.简述有机分子内的主要光电过程，请基于轨道能级画出相应的示意图。
1）吸收（abs）
2）内转换（IC;
寿命约为10ps）
（3）系间窜越（ISC;
寿命约为10ps）
图P9
（4）荧光（FL;
寿命在1~10ns间）
（5）磷光（Ph;
寿命大于100ns）
（6）非辐射跃迁
8•什么是发光过程，请指出什么是荧光和磷光？
基于不同的激发方式，列举几种发光
过程。
发光是指材料吸收某种形式的能量而形成激子，再以电磁辐射的形式回到基态的过程。
来自于单线态的激子的光辐射产生荧光，来自于三线态的激子的光辐射产生磷光。
光致发光、阴极发光、电致发光。
9.请指出可见光所在的波长范围。
通常有机材料的光发射波长在可见光区域（380~78Onm
10.请列举基于有机活性材料的几种光电子器件。
有机场效应晶体管、有机太阳能电池。
有机电致发光器件、有机传感器、有机存储器、有机激光器。
第二章：
有机材料中的电子结构和过程1.简述固体物质的几种成键方式，并简单解释这些成键方式。
离子键、金属键、共价键、分子键。
离子键指正负离子间的长距离库伦吸引力，以之结合的固体通常熔点较高，易碎、低温下为绝缘体，高温熔融或溶液状态为良导体。
金属键也是指正负电荷通过库伦作用力相结合的成键方式，但负电荷是离域的、可自由移动的自由电子，真电荷粒子为原子核，一般具有导电性好、反射率高、熔点较高、柔性较好等特点。
共价键指的是相邻原子之间公用电子对的成键方式，以之结合的固体一般易碎、熔点较高，本征导电性不高，但掺杂导电性显著提高。
以上三种成键，原子之间以很强的键结合，不存在独立分子。
分子键结合的材料中，原子之间既包括分子内的共价键，又包括分子间的范德华力为主的分子键，其柔性好、熔点低、导电性较
2•什么是电子轨道？
电子云？
原子核外电子的特性通常用电子轨道来描述，它包括电子运动轨道（即电子云形状）和电子能量（轨道能级）两个重要的内涵。
原子内的电子通常具有波动性，服从测不准原理，即运动的电子没有传统的运动轨道，其行踪不定以一定的概率在原子核附近空间出现。
电子在原子核周围出现的几率的空间分布称为电子云，反映了电子可能的运动空间，也称电子轨道形状。
3.描述碳原子的三种杂化轨道，并指出其空间构型。
Sp3杂化：
一个2s电子与三个2p杂化。
空间对称的四面体分布及能量子相同的四个简并轨道，轨道之间的夹角为109.5度。
Sp2杂化：
一个2s电子与两个2p杂化。
空间对称的平面三角形分布，能量相同的三个简并轨道，夹角为120度。
Sp杂化：
一个2s电子与一个2p杂化。
空间对称的直线分布的两个简并轨道，夹角为180度
4.碳原子与周围原子最多可以形成几个共价键？
2个碳原子之间最多可以形成几个
键？
4个；
3个
5.何为饱和键？
何为不饱和键？
请指出二者的稳定性差异。
当有机分子中含有n键时，称不饱和键，双键和三键都是不饱和键；
相对的，单键称为饱和键。
不饱和键比较活泼，易发生化学反应；
饱和键相对稳定。
6.请解释价电子、。
电子、n电子和n电子。
将其轨道能量做大致排序。
价电子：
原子相互结合形成共价键，两原子间共享的电子称之。
根据形成类别的不同又可分为电子、pi-电子；
。
电子键中的电子；
n电子：
n键中的电子；
孤立电子称之。
能量顺序为：
c<
n<
n<
n*<
（T*
7.以金刚石、石墨和富勒烯为例，阐述不同的化学键合方式可导致的材料性质差异。
金刚石中，碳原子以sp3杂化轨道形式存在，碳原子在正四面体的sp3轨道上向空间延伸形成大分子。
石墨烯由sp2杂化的碳原子组成每层按共平面的sp2轨道扩展,相邻C为。
键，而2pz轨道重叠成n键，层层间有较强的n-n作用。
球型富勒烯也由sp2杂化碳原子组成，存在n键，由于曲面的要求，sp2轨道不再共平面。
金刚石、石墨和富勒烯都是由纯粹的碳原子构成的。
但原子间的成键方式不同，导致原子在空间中的取向和堆积不同，也导致不同的材料形状和性质。
金刚石无比坚硬、稳定，是绝缘体；
石墨和富勒烯都具有导电性，而富勒烯由于具有一定的弯曲，其导电性和稳定性都较石墨烯低一些。
8.什么是共轭结构？
共轭是有机物中碳原子排列的一种特定形式，即单键和双键交替出现。
。
键将原子结合在
一起，n键相互重叠形成离域分子轨道。
9.什么是材料的芳香性？
有机材料中包括苯环在内的环状平面共轭单元通常称为芳香结构，具有芳香结构的材料通常认为具有芳香性。
10.简述分子轨道理论
很多原子的分子中存在大量电子及原子轨道，简并程度很高，为简化处理多电子系统，将分子
中每个原子的电子轨道结合在一起考虑，形成分子中的电子轨道，由此发展为分子轨道理论。
该理论认为：
（1.）分子中每个电子的运动是在核和其余电子的平均势场中运动，运动状态可由单电子波函数描述。
（2）分子轨道可用原子轨道的线性组合来描述。
价键轨道的数目必须守恒。
由能量的高低，分子轨道可分为成键轨道和反键轨道。
（3）电子根据最低原理和泡利不相容原理排布在分子轨道上。
（4）不同原子轨道有效组成分子轨道必须满足能量相近、轨道最大重叠和对称性匹配三个条件。
11.简述配位场理论
（P42-P43）打印（附）
12.概括能带理论的观点
（P43-P45）打印（附）
13.以HOM和LUM（为例，画出气态分子、晶体、以及非晶态固体的能级分布。
图P48-2.14
14•请画出示意图，表达同一种分子分别在气态、稀溶液、晶体、非晶体时吸收光谱
导带、
及价带的关系
最高占据能级:
F分子的填充轨道中能量最高的能级，与实验中电子的解离能相等（LP）;
最低空置能级：
分子的空置轨道中能量最低的能级，与实验中电子亲和能相等
（EA。
通常情况下，固体材料中的HOM和LUMC分别相当于价带顶端和导带底端。
16•请解释两种真空能级，并指出其关联。
（P53附）
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17•什么是费米能级？
请指出金属、半导体和绝缘体的费米能级特点，利用自由电子
理论计算的金属费米能级约为多少？
（P54附）
18.解释名词概念：
电子亲和能、解离能、价带、导带、能隙、电荷转移态、功函数、
内转换、系间窜越、自旋轨道耦合效应、吸收和发射。
（P49-5566-68附）
19.以HOMOLUM助参考能级，画出基态、第一单线态、三线态的能级示意图，标
明电子自旋状态，指出单线态与相应三线态轨道的个数之比，解释为什么三线态能级
比相应的单线态低？
（图P65-2.31P65附）
1
20.什么是电子能级的精细结构?
由于分子振动，在每一个电子能级Sn（n>
0）和Tn（n>
1）上，叠加有一系列振动能级，从而形成电子的精细结构。
21.什么是荧光和磷光？
指出其寿命。
（P68附）
电子从S1到基态的光辐射跃迁定义为荧光过程，所发出的光为荧光，寿命10-9~10-6秒范围;
电子从T1到基态的光辐射跃迁为磷光过程，所发出的光为磷光，寿命为10一6~20秒范围。
22•什么是Davydov能级分裂？
通过二聚体模型说明：
为什么用相互垂直的偏振光入
射单晶材料得到的吸收光谱，往往可以检测到Davydov能级分裂？
（P69-73）
23.什么是基激二聚物与基激缔合物？
（P76;
P78）
24•什么是聚变与裂变？
请用图示意这两个过程。
（P79）
由两个能量较低的激子结合，形成一个能量较高的激子和一个基态分子SO的过
程为称聚变。
一个高能量的激子也可以与基态分子作用产生两个低能量的激子，这个过程称作裂变
25.一个分子被光激发的概率可表示为:
2
Ru2
Meu2vlvu2sl
su2
el
vu
请指出各部分的含义，以及能够发生光跃迁的条件。
（P82-83）
26.什么是Franck-Condon因子？
请阐述Franck-Condon原理。
（P83-84）
26.什么星Franck-Condon因f两今电『能撫1•…ill|Franck-<
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27.借助如下示意图，简单阐述Einstein方程的内容。
（P84-86）
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29.根据激子中电子与空穴的关系，将激子分类，并加以说明。
（P91-92）
31•请指出F?
rster半径与能量传递/转移效率的关系。
（P97）
28.以含辐射衰减速率和非辐射衰减速率的公式来表示光致荧光、光致磷光的发光量
子产率。
分别说明光致荧光和磷光发光的发光量子产率的最大值及相应原因
（P88-90）
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32•什么是F?
rster能量传递/转移？
什么是Dexter能量传递/转移？
指出该能量传递/转移过程的有效距离范围。
（P94）
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33.根据F?
rster能量传递/转移速率公式Kfet9°
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rster能量传递/转移的主要因素。
说明什么是方位因子。
（P96）
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34.给出有机材料中激子扩散长度与激子寿命的公式，对参数加以解释，估计有机材料中激子扩散长度。
L=（ZDt）1/2其中Z=6、4、2分别代表三维、二维和一维激子扩散情形，用于估
算时Z通常取1.D为扩散系数，t为激子寿命。
在有机材料中，激子的扩散长度在几百个？
之内。
35.给出静电复印的功能结构层，指出其中的有机材料及其作用。
结合示意图，简述静电复印的工作原理。
（P117附）
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36.将材料根据导电性的不同进行分类，并指出每一类的能隙特点。
根据导电性的不同，可将材料分为导体、半导体、绝缘体、超导体四类。
从能带理论角度，能隙＞5eV的材料通常称为绝缘体，能隙在0.1~3eV范围的材料通常为半导体，导带能隙比较模糊。
36.定义电导率、电流密度与载流子迁移率，推导出表示它们之间关系的公式。
（P119
附）
37下图是n-型掺杂半导体的载流子密度和能级随温度的变化曲线，分别对载流子密
度和能级与温度的关系加以讨论。
（P127-128）
38.金属与非金属的接触分为哪几类？
分别加以解释。
根据接触势垒的不同，可以分为：
中性接触、Schottky接触和欧姆接触。
中性接触时，半导体没有被掺杂，同时它本身不存在电荷，亦即不存在界面处电子向金属或半导体的流动。
非金属接触时，通过金属/半导体界面向半导体注入载流子产生的电流-电压可分为两种情况：
当接触面的电流-电压曲线表现出对称的线性特征时，该电接触为欧姆接触否则为Schottky接触。
欧姆接触时，金属与半导体之间的接触阻抗比半导体内部的串联阻抗小得多，可忽略不计。
意味着在接触处及附近，自由载流子密度比半导体内要高得多。
《有机电子学基础》讨论（这个谁有答案哦？
）
1.半导体和绝缘体的能带有何异同？
2•什么是半导体的掺杂？
什么是p-型半导体？
n型半导体？
3.指出下列半导体的类型：
1）在硅中掺杂磷，2）在硅中掺杂铝。
（n；
p）
4.
（画出分子基态、激发态
请描述在固体材料中吸收光谱与发射光谱为宽峰的机理，以及发射光谱红移的原因。
的能量-分子构象坐标的势能面图，阐述Franck-Condon原理）
5.请指出两种能量传递的种类，以及它们发生的必要条件。
6.
请画出OPV器件的暗态下以及光照下I-V曲线，并描述用于OPV表征的参数：
开路电压、短路电流、填充
图1
9.
P302）。
请画出一个双层OLED的器件结构，并由此解释载流子注入、传输、复合以及发光的过程（
10.在OLED中，请指出双层器件相对单层器件的优点。
11.请列举制备OLED薄膜的两种方法。
12.请指出在苯环分子中，碳原子的杂化类型。
13.请描述sp3、sp2、sp杂化轨道的形状、可与相邻的分子形成键的数量。
14.请定义有机分子中的键和键，并比较其稳定的大小。
15.请画出OFET器件的输出特性曲线和转移特性曲线，并标记出开起电压和开/关比值（P180）。
16.请描述用于OLED表征的几个参数，并加以说明。
17.画出包括振动在内的分子能级图（包括单线态、三线态激发态），指出主要的分子内电子衰变过程及其寿命
（P9）。
18.请阐述OPV器件的工作过程。
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