1、第七章 有机光电导材料的发展及应用一、前言 有机光电导体(organic photoreceptor compounds,简称OPC),作为电子照相感光材料已被广泛应用在静电复印、全息照相、激光打印和轻印刷制版等技术领域. 电子照相是在1933年由C.F.Carlson发明。它是利用光、电场的作用，形成图像的方法，由于这种方法简易快速，因此目前已在静电复印和激光印刷中普遍使用。,激光打印机、静电复印机等电子照相技术的发展,从某种意义上说,主要依赖于光电导材料,特别是 有机光电导材料的不断发展,所以有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺的高技术材料之一。,复合化是提高材料基本性能的有效途径。不少
2、研究结果表明,通过不同结构、不同组成、不同功能光电导材料的复合,可使光电导材料的基本性能得到互补、协同优化与增强,最后得到光电导性能更优异的材料与器件。,因此通过有机光电导材料复合化的研究,以满足上述要求,就成为当前国际上有机光电材料科学研究的前沿与热点之一,同时有机光电导材料复合化的研究必将有助于解释和完善有机光电导理论,为高性能有机光电导材料及器件的设计提供理论基础。,二、分类1、按材料分类： 最早实用化用于电子照相感光体材料的是:硒、硒合金、硫化镉、氧化锌等无机材料。但从70年代有机光导电体实用化以来，随着性能的不断提高，OPC成了感光体的主流。,有机光电导材料的复合,一般采用物理方法,
3、如:碾磨、球磨、溶液共沉淀、真空共沉积等方法,使不同的材料以微小颗粒的形态聚集在一起;也可以是层状复合,使不同的材料以叠层形式聚集在一起;也可以是纳米级、分子级复合,使不同的材料以纳米颗粒或分子级水平进行复合;也可以采用化学方法,把两种含有不同功能基团的分子合成于同一个分子中,即分子内复合。,电子照相 光导体结构及制作,电荷产生材料（CGM:Charge Generate Material） 电荷产生层 （CGL:Charge Generate Layer） 电荷传输材料（CTM:Charge Transfer Material） 电荷传输层 （CTL:Charge Transfer Laye
4、r）,电荷产生材料是指能产生正负电荷的材料。要求 光吸收效率高。 电荷传输材料是指输送电荷能力强的材料。要求移动度高。 二者组合的感光体才使高灵敏度、高耐久性成为可能。,2、按光源分类： 有机感光体按光源为分:.以卤光灯等白色光为光源(波长450650nm)，对画像的反射光,进行曝光的模拟复印机用感光体;.以半导体激光(波长780830nm)或LED阵列形型的点光源进行扫描,对画象信号进行曝光的激光打印机或数码复印机用感光体.,3、按用途分类：a.电荷产生材料:(1)复印机用电荷发生材料:要求使用在450650nm的可见光区具有感光度的有机颜料,在这个波长区域内具有光吸收能力的有机颜料有双偶氮
5、颜料(-N=N-)、苝系和稠环系颜料等.,苝系颜料,偶氮颜料： 偶氮色素是芳胺的重氮盐与偶合组份反应合成的，作为CGM用的色素偶氮基数在2个以上的双偶氮或三偶氮颜料，偶合组份可用萘系的化合物，如：,酞菁以及金属酞菁化合物：,(2)激光打印机用电荷发生材料: 半导体激光打印机的光源波长,由于是在780830nm区域,所以使用的有机颜料比复印机用的有机颜料趋向近红外区,并具长波长的光吸收能力.这些颜料有酞菁、双偶氮颜料和三偶氮颜料等.,b电荷传输材料:(1).复印机感光鼓用的电荷传输材料: 应使用离子化电位差小的化合物,如吡唑啉类、腙类、噁唑类、芳胺类和三苯甲烷类化合物等,这类化合物很多已达实用阶
6、段,腙类化合物( N-N=CH-)的效果较好.,(2).激光打印机感光鼓用的电荷传输材料： 目前使用较多的是酞菁类化合物，如氧化酞菁。 由于氧化钛菁是不溶性的固体微小颗粒，给感光鼓的加工制作带来不方便，而且对打印件的清晣度有一定的影响。有的公司改用酞菁染料，该染料溶解度好，涂布均匀加工方便，光敏感度高，但耐光牢度差。为了提高光稳定性，采用添加单线态氧猝灭剂的方法，由于激光打印机的感光鼓通常是和墨粉一起装在墨粉盒里，随墨粉用完而同时更换的，所以虽然感光鼓的耐光牢度不高，但同样也能达到良好的效果。,为了提高酞菁染料的溶解性，最近合成了如下化合物： R=n-C4H9- R=n-C5H11-,以上化合
7、物在二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等溶剂中溶解度有很大幅度增加，尤其是在异丙醇中有一定溶解度，便于涂布。,三、有机光导体的结构: 有机光导体大体上分为单层型光导体、层积型光导体两种. 单层型光导体是将电荷产生材料、电荷传输材料等有机颜料,分散在粘合剂中形成感光层,通称分散型,使用这种单层型光导体的复印机,其优点是产生的臭氧少. 层积型光导体又称功能分离型,这种光导体包括电荷产生层、电荷传输层的层积结构.现在生产的有机光导体差大多都是这种层积型光导体.,有机光导体的结构如下:,单层型光电导器件中,电荷产生材料均匀分散在整个光电导层中,曝光过程中,光在光敏层中被有效吸收,CGM受激发产生载流子对(空穴-
8、电子) 。在表面电荷和界面之间产生的内部电场作用下,载流子对分离,电子向下运动至界面处被导走,空穴则向上运动被导走。这种电荷产生及传输至光电导器件表面和基底的运动过程,即为电荷产生和电荷传输过程。,电晕放电:在感光体表面通过电晕放电,使有足够的电位,产生电场. 曝光:光照区,光通过传输层进入产生层.产生材料在光能的激发下产生正负电荷;在电场作用下,正电荷进入到传输层,通过传输材料传送到感光体表面,与表面负电荷中和.负电荷进入到导电底基,与感应的正电荷中和.而非光照区表面电位没有变化,这样就在感光体表面上形成静电潜像.,以层积型为例: 电荷产生层是在铝的导电基板上,将电荷产生材料、粘合剂和有机溶
9、剂等形成的溶液,用辊筒涂布等方法均匀分散.涂液的调制和涂布工艺也是十分重要的.所用的粘合剂有聚乙烯醇缩丁醛、聚酰胺和聚酯树脂等,电荷产生层的膜厚通常为0.11m.,电荷传输层是在电荷产生层上,将由电荷传输材料、粘合剂和有机溶剂形成的涂液,进行涂布.通常膜厚为1520m.由于电荷传输层在感光层上,因此必须是透明的.所用粘合剂有聚碳酸酯、丙烯酸、聚酯和苯酚树脂等.,四、光导电机理:电晕放电: 在感光体表面通过电晕放电,使有足够的电位,产生电场.曝光:光照区,光通过传输层进入产生层.产生材料在光能的激发下产生正负电荷;在电场作用下,正电荷进入到传输层,通过传输材料传送到感光体表面,与表面负电荷中和.
10、负电荷进入到导电底基,与感应的正电荷中和.而非光照区表面电位没有变化,这样就在感光体表面上形成静电潜像.,显影: 色粉与感光体接触而显影.色粉也称为“墨粉”，是一个混合物,它包括粘合剂热固性树脂(90%)、着色剂颜料(8%)、电荷控制剂、离散剂(蜡)等原料(2%)作干混合后,再将之进行熔融混练,以喷射粉碎法粉体化,制成色粉粒子. 为了使感光鼓上静电潜影(带正电或负电)显像，则墨粉必须带相反的电荷，这就是电荷控制剂的作用。,负电荷控制剂(用于硒感光体等)以1：2型金属络合物为主。 正电荷控制剂(用于多数有机光导电感光体)以季胺盐为主，如苯胺黑。也可用带正电荷的1：2型金属络合染料。 我国近几年来
11、静电复印技术的使用已非常普遍，国内已有复印粉生产，但品质还不够理想。,在黑白复印中,采用炭黑为颜料. 在彩色复印时,色粉着色剂颜料常用的三原色:黄色颜料是双偶氮黄,品红颜料是喹吖啶酮类或洋红6B,蓝色颜料是铜酞菁。,五、电子照相的原理和程序:.带电:在暗处充电后,使光导体表面带上均匀的电荷.曝光:将光导体表面曝光,中和曝光部分电荷,形成静电潜影.显影:将色粉施在光导体表面的静电潜影上,形成可见图像. .转移:将光导体表面的可见图像转移到纸上.清除:去除光导体表面的残留色剂.定影:通过加热使图像定影.,六、结语,新形势下信息化、数字化和环境保护等的发展趋势和要求,为具有优越光电导性能与综合性能的
12、有机复合光电导材料,以及将材料与器件交叉渗透结合为一体的新型单层型有机光电导器件的崛起,提供了极为有利的时机。,为了使有机光电导材料达到优良的复合效果,需要考虑以下三个方面:首先,通过适当的分子设计、化学修饰、表面改性或核壳包覆等方法对有机光电导材料进行结构改进,解决有机材料复合时容易聚集和稳定性差等难题。,其次,引入纳米化、低维化和分子组装等方法,实现有机光电导材料的纳米级、分子级或分子内复合,有效提高有机复合光电导材料及器件的光敏性能。,另外,器件制备也是一个非常重要的因素。通过对器件结构和制备工艺进行改进,以简化光电导器件涂布工艺、降低残余电位、提高产品合格率、降低生产成本、提高光电导器件的综合性能。,有机光电导材料已经成为信息社会不可或缺的高技术材料,随着时代和信息技术的发展,成本更低、性能更高、对环境污染小的有机复合光电导材料及器件正成为当前信息和功能材料研究的方向和趋势。,目前,人们对光电导,特别是有机复合光电导材料的复合原理和光电导机制的研究还不清楚,这使得高性能光电导材料的设计缺乏依据,因此,深入研究和开发新类型和高性能的有机复合光电导材料及其光电导机制,将很有科学的必要性和应用方面的重要性,而且这也会极大地促进与光电导基本原理相似的有机太阳能电池、有机发光器件等相关领域,同时可能在信息领域开发新的器件和新的用途。,
