1、沈 阳 化 工 大 学本 科 毕 业 论 文题 目：有机配体结构与稀土离子铽发光性能关系的研究毕业设计（论文）任务书应用化学专业 0902 班 学生：高婷婷毕业设计（论文）题目：有机配体结构与稀土离子铽发光性能关系的研究毕业设计（论文）内容：通过选择不同的有机配体，在适当的操作条件下与稀土离子铽合成配合物，研究其发光性能与配体结构的关系；通过 X-射线衍射等测试稀土有机配合物的结构。毕业设计（论文）专题部分：1. 通过实验探究考察合适的操作条件，在此条件下合成有机配体与稀土离子铽的配合物；2. 研究不同有机配体与稀土离子铽合成的配合物的发光性能。 起止时间： 2013 年 2 月- 2013
2、年 6 月指导教师： 签字 年 月 日教研主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日摘要稀土元素是位于元素周期表中第B族的钪、钇以及镧系金属的总称，因其具有优异的物理和化学性能，尤其在光，电，磁等各个领域的应用，在近些年引起人们的重视。尤其是稀土发光材料的合成，因合成产物具有良好的稳定性，高效发光性，引起了人们极大地研究兴趣。本文主要通过选择不同的有机配体与稀土离子铽形成配合物，研究其发光性能与配体结构的关系。主要研究路线如下：1. 利用药品 Tb4O7 制备 Tb3+；2.使用不同的有机配体与 Tb3+，邻菲罗啉合成三元配合物；3.利用红外光谱，X-射线衍射等检测方法分析不同配体对
3、发光强度的影响。在本次试验中，主要合成四种配合物，分别用到柠檬酸，水杨酸，草酸，对甲基苯甲酸四种酸。通过反复试验，找到了反应的最佳反应温度，因用乙醇作为反应介质，所以反应温度应高于乙醇的沸点，也找到了适宜的 PH 值：调节 PH 在 8 以上但不能高于 11，否则有凝胶现象，反应后的产物最好添加适量乙醇，进行 30 分钟研磨（玛瑙研钵） ，放入 65烘箱中烘干，所得产物亮度较好。产物也进行了多项性能测试，红外光谱测试主要确定了产物的结构，确定为目标产物 ，也为研究对比配合物发光性提供一定依据，在溶解性实验中发现产物在 N,N-二甲基甲酰胺中的溶解性较好，在丙酮和乙醇中部分溶解，通过热重判断物质
4、的热稳定性，荧光测试发现对甲基苯甲酸配合物发光强度最强。这些数据均为以后的分析提供参考。关键词：稀土，稀土铽配合物，结构表征，性能分析AbstractRare earth elements is third subgroup element in the periodic table include scandium、yttrium and lanthanum metal. their have excellent physical and chemical properties in general, because of their application in theoptical, e
5、lectrical , magneticfields and other fields , it has caught peoples attention in recent years . Especially in the synthesis of rare earth luminescent material, the synthetic product has good stability, high luminance, has attracted great interest to study.This paper mainly to study the luminescence
6、properties and the structure of the rare earth terbiums complexes which compose with ligand through by choosing different organic ligands . The main research route as follows: 1. Using the drug Tb4O7 to preparation Tb3+; 2. Using different organic ligands with Tb3+, adjacent phenanthroline synthesis
7、 of ternary complexes; 3. Using different testing methods such as infrared spectrum, X-ray diffraction , and analysis of complexes with different ligands how to influence the luminous intensity.In this experiment, four kinds of complexes have been synthesized .And four kinds of acid have been used ,
8、include of citric acid, salicylic acid, oxalic acid, p-Toluylic acid. Through trial and error, we found the best reaction temperature : because of the reaction by using ethanol as reaction medium, the reaction temperature should be higher than the boiling point of ethanol; we also found the appropri
9、ate PH value:adjusting Ph higher than 8 but less than 11, otherwise there is gel phenomenon wound appear, after the reaction, the product had better add just the right amount of alcohol, continuous grinding (agate mortar), ang placed it in the oven of 65 after 30 minutes , the brightness of product
10、is better.Products are also need a number of performance tests, it mainly cover determine the structure of the product, identify targets for product and also provide certain basis for the luminance contrast complexes. we found these products in N, N - dimethyl formamide has good solubility in the so
11、lubility experiment , partly dissolved in acetone and ethanol, we judging if the crystallization presence of water by thermogravimetric analysis , fluorescence test found complexes of methyl benzoic acid has the strongest luminous intensity. These data provide references for later analysis.Keywords:
12、 rare earth terbium rare earth complexes structure characterization performance analysis目 录第一章 引言 .1第二章 文献综述 .22.1 有机电致发光器件 .22.1.1 有机电致发光器件的发展情况 .22.1.2 有机薄膜电致发光(EL)的基本介绍 .22.1.3 有机电致发光材料 .32.1.4 有机电致发光器件发光机理研究 18.42.1.5 有机电致发光器件的潜在应用与展望 .62.2 稀土有机配合物 .62.2.1 配位化学 .62.2.2 稀土有机配合物的发光原理 .72.2.3 稀土配合物
13、的能量传递 28-31.82.3 选题依据及内容 .10第三章 实验部分 .113.1 实验药品和仪器设备 .113.2 实验步骤 .12第一部分 .12第二部分 .12第三部分 .13第四部分 .13第四章 结果与讨论 .144.1.1 温度的影响 .144.1.2 物料配比的影响 .144.1.3 PH 值的影响 .154.2 溶解性测试 .154.3 红外测试 .164.4 荧光光谱 .194.5 热重分析 .234.6 XRD.23第五章 结论 .25参考文献 .26致谢 .29附录 .30附录一 英文翻译 .30附录二 英文文献原文复印件 .40沈阳化工大学学士学位论文 第一章 引言
14、1第一章 引言稀土元素引起电子结构的特殊性而具有光电磁等特性，被誉为新材料的宝库 1。其量子效率高,发射波长可调,在生产及使用过程中不含有害物质,属于很好的环境友好材料。重要的是三价稀土离子的电子层中不同能级之间可以产生近二十万的不同能级跃迁,使可以发出如此丰富多彩光芒的的稀土元素成了国内外研究人员颈项研究和开发的宝库。镧系稀有金属有机配合物具有发射光谱谱带尖锐,半高宽度窄(不超过10nm),色纯度高等特点，这是其他发光材料所无法比拟的。此外,聚合物电致发光（Electroluminescence，简称 EL）材料内存在理论极限25% 2,而稀土金属有机配合物可达100%,同时它还具有荧光寿命
15、长、熔点高等优点，所以近些年来对稀土有机电致发光器件的研究不断深入。自从 Tang3 和 Burroughes4 分别报道了高性能的有机小分子和聚合物发光器件以来, 有机电致发光研究已取得了很大的进展。发光颜色可以覆盖从红到蓝整个可见光范围, 发光效率和寿命也迅速接近商业化水平。然而, 有机分子复合物的发光是基于 P-P* 跃迁, 导致发光光谱的半高全宽范围在 50 200 nm 之间 , 不能很好的满足全色显示对于色纯度的要求。稀土有机配合物是基于有机配合物中三线态能级到金属离子的能量传递而发光, 具有较高的量子效率, 且色纯度高、发光峰位稳定, 有望用于制备高色纯度的全彩色有机电致发光显示
16、器件, 因而引起了人们的研究兴趣 5 。稀土芳香族羧酸配合物是一类性能较好的发光材料 , 近年来对这类配合物发光的研究日益受到人们的重视 6。有关邻苯二甲酸与部分稀土的固体配合物的荧光性质曾有不少研究, 铽与水杨酸、苯甲酸配合物的发光研究也已有报道 7 14 。本论文采用不同结构的有机配体和稀土离子铽形成配合物，研究其发光性能与有机配体之间的关系。沈阳化工大学学士学位论文 第二章 文献综述2第二章 文献综述2.1 有机电致发光器件2.1.1 有机电致发光器件的发展情况1963 年 POPE15等人以电解质溶液为电极，在蒽晶体的两侧加 400V 直流电压时，观察到了蒽的蓝色 EL,1969 年，
17、dresener 等人在有机 EL 器件中引入了固体电极。这些研究建立了对有机致电发光全过程的认识却没有实际应用价值。真正得以应用有机 EL 时代是在 80 年代，1987 年，美国 tang 等人制作了有机发光二极管（OLED）,发出亮度高达 1000cd/m2的绿光，这种超薄平板器件仪器以其高亮度，高效率和低驱动电压等优点引起了人们极大关注,紧接着日本在此技术上进一步突破，制作了更有发光效率的三层夹心结构仪器。得以使OLED 开始走向产业化是 greebhma 等人，1993 年他们在两层聚合物插入另一层聚合物实现了载流子匹配注入，使发光内量子效率大幅度提高。随着研究的不断深入， 产品化的
18、有机发光显示器件不断涌现。1997 年， 日本 Idemitsu Kosan16公司成功研制了灰度级为 256、分辨率为 240960 以及 60 帧/s、3 cm 的单色视频显示器以及红绿蓝（RGB）多色有机电致发光显示器。同年， 日本 PioneerElectronics 生产出第一个商品化的 OLED 产品， 即汽车通信信息系统仪表； 随后， 该公司又推出无源矩阵驱动、可显示视频图像的彩色 OLED 显示屏，这种高清晰显示器所显示的图像几乎可以和传统的阴极射线显示器相媲美。美国 Eastman Kodak 与日本 Sanyo 公司合作， 采用低温多晶硅薄膜晶体管驱动制作出 OLED 显示
19、器， 该器件仅有 1 个硬币那么厚。此外， Philips 公司、Uniax 公司以及德国 Covin 公司也研制出了高亮度、高效率、长寿命的有机 OLED 显示器。2.1.2 有机薄膜电致发光(EL)的基本介绍有机薄膜电致发光是指有机薄膜材料在电场作用下，立即将电能直接转化为光能的一种发光现象。 有机薄膜电致发光器件（OEL）即有机发光二极管沈阳化工大学学士学位论文 第二章 文献综述3（OLED）的电致发光属于注入式发光，器件的一般结构是在金属阴极和透明导电阳极之间夹一层有机薄膜电致发光介质。 OLED可分为两大类，即小分子有机电致发光和聚合物有机电致发光。 小分子有机电致发光的研究开始于2
20、0世纪的50 年代末，但高驱动电压使其应用受到了制约。 1987 年美国柯达公司的C. W. Tang 等人，使小分子有机电致发光器件成为发光与显示领域的研究热点，这是里程碑式的工作。 十多年来，人们在发光机理、材料合成及器件结构等很多方面进行了大量的研究并取得了很大的进展。 但相比较而言，对聚合物有机电致发光的研究工作开展得较晚，直到1990 年才由英国剑桥大学的Burroughes 17等人研究成功第一个聚合物OLED. 虽然聚合物OLED 较小分子OLED 的量子效率低，但由于聚合物材料的柔韧性、热稳定性和机械加工性能都比有机小分子材料优越，并且器件制作工艺更加简单，因而聚合物渐渐成为有
21、机电致发光领域新的研究热点。2.1.3 有机电致发光材料适合制备OLED 的有机材料应当具有几个要素，首先要有较高量子效率和可见光范围的荧光特性；其次要有良好的半导体特性即电导率较高；当然成膜特性也要良好，材料容易形成致密的非晶态薄膜；而且材料应该稳定，具有良好的机械加工性能。 目前，有机电致发光材料主要有小分子和高分子（即聚合物）这两种有机材料，其中小分子有机材料又可划分为有机金属配合类和有机荧光类。有机电致发光材料中种类最多的应该是有机荧光类材料。该类材料大都具有共轭杂环以及各种生色基团，易于采用甩胶的方法或真空蒸镀成膜，膜的稳定性好，可制备出发光稳定、寿命长的器件。 但也有不足之处：器件的驱动电压较高，发光效率比较低.而有机金属配合物类材料属于内络盐类，配合物为电中性，配位数达到饱和。 此类材料具有驱动电压低、效率高、强度大、寿命长等优点，有望最先成为实用的有机薄膜电致发光材料。 通常，有机金属配合物类材料可通过对配体的改进改变配合物的性质，进一步提高发光效率和膜的热稳定性，延长器件的寿命。采用聚合物类材料的 OLED，制作工艺非常简单，在两个电极之间夹层高分子化合物材料即可发光，因此该类器件的产业化更具有潜力，但如何提高器件的发光效率及延长器件的使用寿命仍是当前最难解决的
