共軛聚合物中極化子的動力學性質.pdf

1、共軛聚合物具有不同于傳統(tǒng)半導體的特性，它們是強電一聲相互作用的準一維體系，其載流子不再是簡單的電子和空穴，而是伴隨晶格畸變的具有內部結構的復合粒子(自旋1/2的極化子、自旋為0的雙極化子等)，這些載流子的輸運、以及正負極化子對復合成激子的過程在很大程度上決定著聚合物的電致發(fā)光性質。本論文基于一維緊束縛的Su-Schfieffer-Heeger(SSH)模型，采用非絕熱的分子動力學的方法，針對高分子聚合物中一些尚未清楚的問題，如極化子在不

2、同體系中的動力學性質、正負極化子的非彈性散射過程，以及電子一電子相互作用對極化子動力學性質的影響等問題進行了較詳細的研究。論文結果由三部分內容構成。 1．導電聚合物中極化子的動力學性質研究在第三章，基于忽略了電子一電子相互作用的緊束縛的SSH模型和它的擴展模型，采用非絕熱分子動力學的方法，我們研究了聚合物中極化子的動力學性質，研究結果表明： (1)極化子在電場的作用下運動，具有穩(wěn)定速度，穩(wěn)定速度隨著電場強度(E<,0>)

3、和加入方式、簡并破缺參數(shù)(t<,e>)、電聲耦合參數(shù)(a)的變化都會發(fā)生改變。這是因為這些參數(shù)的變化都會引起極化子局域度的改變和極化子中局域電荷的數(shù)量變化，極化子的局域度越弱，局域的電荷數(shù)量越少，極化子的穩(wěn)定速度越大。 (2)極化子在耦合聚合物界面的動力學對有機發(fā)光二極管中的輸運和發(fā)光性質有著重要的影響，研究結果表明：極化子在聚合物耦合界面的輸運依賴于影響界面處勢壘高度的失配參數(shù)△<,e>，影響兩條鏈間耦合長度(或強弱)的界面耦

4、合強度參數(shù)t<,h>，以及提高極化子動能的電場強度E<,0>，即電場強度越強、界面耦合強度越大、失配參數(shù)越小，極化子就越容易躍遷過耦合界面到相鄰的聚合物鏈。 2．導電聚合物中正負極化子對的非彈性散射過程在第四章，我們還研究了正負極化子對的非彈性散射過程，發(fā)現(xiàn)它們的散射過程在不同的電場強度下，對于電荷和晶格缺陷是不同的，依賴于鏈間耦合強度。 (1)聚合物中極化子對的非彈性散射對電場強度的依賴關系表明： 在弱場(小于

5、0.1mV/A)時，電荷由于量子隧穿相互抵消，但不改變符號，極化子晶格碰撞后帶著剩余的電荷返回，但是它們不能分得很遠，在電場作用下，可進行第二次碰撞，結合成一個整體，然后又分成一對中性的孤子對。在中等強度的電場下(0.1 mV/A≤1.2 mV/A)，兩個極化子晶格碰撞后分開，但是它們分別帶著與入射時相反符號的電荷。這時它們是極化子和激子的混合體。在強場時(E<,0>>1.2mY/A)，依賴于初始條件和基態(tài)的簡井l生，兩個極

6、化子品格可能合成一個整體，然后解離為一對荷電的孤子對；也可能形成許多弱局域的晶格振動，電荷分布在這些淺的局域態(tài)中。 (2)在不同的電場強度下，聚合物界面處極化子對的非彈性散射對界面耦合強度的依賴關系表明： 在電場的作用下，正負極化子對在耦合界面碰撞，如果界面耦合強度較小，極化子碰撞后帶著原來的電荷返回，局域在兩個極化子中的電荷數(shù)量基本不變，也不改變符號。隨著耦合強度的增加，電子波函數(shù)交疊程度增加，局域在兩個極化子中的電荷

7、逐漸減少，但也不改變符號，極化子晶格碰撞后帶著剩余的電荷返回，它們是極化子和激子的混合體。當耦合強度很大時(例如E<,0>=0.1mV/A，t<,h>≥1.88eV)，正負極化子碰撞后，將在一條鏈上形成極化子激子，基態(tài)簡并體系中，極化子激子演化成一對孤子和反孤子對，而另一條鏈恢復為二聚化狀態(tài)。在強電場和大的耦合強度作用下時，兩個極化子晶格碰撞后分開，但是它們分別帶著與入射時相反符號的電荷返回時，極化子解體，變成了自由的電子和空穴。

8、 3．電子一電子相互作用對極化子動力學性質的影響第五章基于一維緊束縛SSH模型和擴展的Hubbard模型，采用非絕熱分子動力學方法，在非限制性Hartree-Fock(HF)平均場近似下，我們研究了電子-電子相互作用對共軛聚合物鏈中荷電極化子的運動特性的影響，結果表明：電子-電子相互作用解除了極化子能級的自旋簡并；電子-電子相互作用改變了極化子的局域程度；對于Hubbard模型，穩(wěn)定速度最大值出現(xiàn)在電荷密度波(CDW)和自旋密度波(S