杂环聚合物的电子结构与光学性质的量子化学方法研究

摘要

论文采用了AM1近似方法,围绕齐聚物PPy、PPP以及共聚物-(PA)<,x>-(PPy)<,m>-(PA)<,y>-的中性态及带电态下的几何结构、电子和光学性质进行了探讨,所得结论与相应的实验结果符合得很好.经计算分析的结果如下:1.计算了齐分子吡咯、齐分子对苯撑分子的几何结构.发现体系中掺杂能够导致苯基材料中的芳香环向醌环或半醌环过渡.与中性态相比,带电态下其分子结构表现在C-C键键长发生显著改变,单电荷掺杂导致极化子元激发;双电荷掺杂产生双极化子.当然,这只是在链长较短的齐聚物中所得出的结论,且这些结论同SSH紧束缚模型算得的结果相同.特殊情况下,吡咯中掺杂两个电荷产生两个分离的单极化子.2.对齐分子毗咯的掺杂态进行了研究,通过控制链的长度和改变正电荷在吡咯链中的掺杂方式,可以实现从极化子到双极化子的相变,这揭示出在有机半导体材料中实现自旋极化输运的可能性,对于认识和理解有机材料中的电荷输运以及自旋极化现象是及其重要的.3.计算了-(PPy)<,6>-(PA)<,m>-(PPy)<,6>-共聚物的带电状态下的几何结构.该共聚物具有典型的阱-垒-阱结构特征,单电荷掺杂时,掺杂电荷均匀分布在链的垒和阱中;双电荷掺杂,当垒长m≥2时,两个电荷总是局域在其中一个阱中,在链中形成一个双极化子,这种现象说明共聚物具有量子阱结构.4.利用半经验的AM1和ZINDO方法研究了聚噻吩及以噻吩为基的聚合物的能带结构与电子光跃迁性质.以噻吩为基的聚合物具有阱-垒-阱结构.阱部分为具有不同共轭长度的聚噻吩,垒部分为具有大能隙的发光材料如甲撑、苯撑及乙烯等.计算发现,改变阱的共轭长度和垒的结构可控制聚合物的发光,其中以甲撑为桥的聚合物TnMTn中能量变化较大.说明用甲撑作为垒结构更有效,这与实验结果是一致的,表明对具有阱-垒-阱结构的共轭聚合物和齐分子聚合物,其电子特性不只是受两种组成材料的不同带隙控制,还受到电子或激子的不定域性的强烈影响.另外共聚物的跃迁能随链长的增加而出现减小,表现为光吸收谱出现红移.

目录

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摘要

ABSTRACT

第一章前言

1.1.共轭聚合物(conjugated polymers)

1.2.齐分子聚合物(oligomers)

1.3.共聚物

1.3.1共聚物的结构特征

1.3.2共聚物与均聚物的区别

1.4.聚合物的掺杂

1.4.1化学或电化学的P型掺杂

1.4.2化学和电化学的n型掺杂

1.4.3不引入掺杂离子的掺杂

1.5.孤子、极化子和双极化子

1.6.理论模型

1.7.拟展开研究的内容

参考文献

第二章齐分子聚吡咯带电态几何结构特征

2.1.引言

2.2.齐聚物分子的几何结构

2.2.1齐分子吡咯的几何结构

2.2.2齐分子聚对苯撑的几何结构

2.3.小结

参考文献

第三章齐分子聚吡咯中极化子和双极化子及其稳定性

3.1.引言

3.2.计算结果与讨论

3.2.1中性态

3.2.2掺杂态

3.3.小结

参考文献

第四章PPy和PA三嵌段共聚物的带电态研究

4.1.引言

4.2.计算结果与讨论

4.2.1单电荷掺杂下的-(PPy)6-(PA)m-(PPy)6-共聚物的几何结构

4.2.2 2个正电荷掺杂下-(PPy)6-(PA)m-(PPy)6-的共聚物的几何结构

4.2.3 4个正电荷掺杂下的-(PPy)6-(PA)m-(PPy)6-共聚物的几何结构

4.3.小结

参考文献

第五章准一维的聚噻吩及以噻吩为基的聚合物的电子光学性质

5.1.引言

5.2.聚合物的能带及光跃迁

5.2.1聚噻吩PT的电子光跃迁性质

5.2.2以噻吩为基的聚合物的电子光跃迁性质

5.3.小结

参考文献

总结

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致谢

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