一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法技术

本发明专利技术属于飞秒瞬态吸收光谱领域，具体涉及一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法。本发明专利技术使用稳态光谱、时间分辨荧光光谱以及飞秒瞬态吸收光谱能够证明联苯类晶体中的单线态裂变的过程，且经调控不同的激发波长，可以提高单线态裂变的效率。提高单线态裂变的效率。提高单线态裂变的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法


[0001]本专利技术属于飞秒瞬态吸收光谱领域，具体涉及一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法。

技术介绍

[0002]太阳能是通过太阳热辐射产生的最重要的热源，并且是天然可再生能源的优秀代表，能有效应对全球能源短缺以及能源消耗、环境污染等问题。太阳能光伏电池可以进行直接的光能和电能的转换。太阳能作为一种绿色环保、可持续的能量转化手段已经成为了当今世界的研究热点。随着研究者们不断的开拓与创新，在传统太阳能电池中引入单线态裂变分子能够极大的提高电池的光电转换效率，使其有望突破太阳能电池理论转化极限～33％。
[0003]在光伏器件当中多激子的产生可以更有效地利用所吸收的太阳光子。单线态裂变现象已经在一类有机半导体中证明具有将单线态激子分裂为两个三线态激子的特征。近年来，单线态裂变的过程被认为是实现较高量子效率的一种常用的方法，且已应用于光电探测器、光伏电池等有机光电器件。单线态裂变是一种自旋允许的过程，单重激发态的分子与相邻的基态分子分享能量，从而产生两个相邻的三线态激子。一般来说，这种过程以飞秒到皮秒的超快时间尺度进行。目前，在有机单晶，聚合物以及共价连接的二聚体中均能观察到这个过程。在六噻吩薄膜和晶体中同样观察到了单线态裂变的过程。噻吩和联苯的低聚物均是π共轭分子体系的典型模型。
[0004]超快激光光谱学是可应用于许多科学领域(物理、化学、分子生物学、工程等)的标准方法，既用作主要的研究技术，也用作辅助表征工具用来支持对实验的解释。该技术为光活性材料(固相和液相)中动态过程提供了详细信息。超快激光光谱学是利用超短脉冲去研究介质中发生的超快过程。最典型的超快光谱学方法是利用泵浦
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探测技术。用一个泵浦脉冲激发样品，随后用另一个低能量白光变量探测它，并测量物质吸光率随延迟速率的变化。基于飞秒激光发展，超快光谱技术也可以对不同分子反应的动力学过程进行精确的实时监测。
[0005]单线态裂变材料的探索既离不开各种有机、无机合成方法，更为重要的是对于该过程的探测手段。由于激子裂变是发生在超快的时间尺度上，所以飞秒分辨光谱技术是研究激子裂变的重要手段，且对拓展该过程在各种光伏相关领域的应用也有不可磨灭的实际意义。单独的时间分辨测试或瞬态吸收测试都不能对单线态裂过程进行完整的表征。只有将稳态光谱中的激子弛豫过程，时间分辨光谱中荧光寿命变化以及飞秒瞬态吸收中不同激子的弛豫路径相结合，才能更快更准确的检测到单线态裂变过程。

技术实现思路

[0006]针对单线态裂变过程发生速率过快，难以捕获等难点，本专利技术提供了一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法。本专利技术使用稳态光谱、时间分辨光谱以及飞秒瞬态吸收
光谱能够证明联苯类晶体中的单线态裂变的过程，且经过不同激发波长的调控，可以提高单线态裂变的效率。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法，具体步骤如下：
[0009]首先，使用稳态图谱对联苯类单晶进行稳态光谱测试。若吸收图谱与激发图谱重叠在一起，则该类联苯类单晶物质不存在单线态裂变过程；若吸收图谱与激发图谱有不能重叠且具有40％以上的偏离，则证明该类联苯类单晶物质具有发生单线态裂变的潜能，待下一步进一步确定。
[0010]然后，使用时间分辨单光子计数器对联苯类晶体进行时间分辨荧光图谱的测试。若所得到的荧光寿命与联苯类物质单分子的荧光寿命相当，则该类联苯类单晶物质无法发生单线态裂变过程；若在荧光衰减寿命中发现单体的寿命完全被淬灭，则证明该类物质可以发生单线态裂变过程，待下一步进一步确定。
[0011]最后，使用飞秒泵浦
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探测测试对联苯类晶体进行瞬态吸收的测试。若检测到的长寿命三线态的生成过程与单线态的衰减速率相同，则证明联苯类单晶物质中并没有发生单线态裂变过程；若检测到了一个具有长寿命的三线态过程，且该三线态的生成时间在皮秒或飞秒范围内，则证明此类联苯类单晶具有单线态裂变过程；如果物质内部发生了伴随单线态裂变之后的三重态湮灭过程，相对应产生的三线态寿命也会变短(纳秒级别)，则可以更好的证明单线态裂变的发生。
[0012]上述飞秒瞬态吸收表征方法中，所述的飞秒瞬态吸收图谱涉及到联苯类晶体在350
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800nm范围内的全部物种的吸收，因此得到的吸收图谱会有物种的重叠，则可以应用Glotaran软件对光谱数据进行全局拟合。
[0013]上述Glotaran软件所得到的结果涉及到各个过程的分支、反向过程或多激子激发过程。当该结果得到了一个较长寿命的三线态瞬态吸收光谱，且该结果可以和瞬态吸收图谱相对应，则可以证明该类物质发生了单线态裂变。
[0014]对以上三种测试过程，缺少任意一种都不能确定单线态裂变的发生。
[0015]本专利技术的优点在于：
[0016]联苯类晶体具有长链π共轭结构，晶体内分子排列紧密有序，更有利于单线态裂变过程的发生。由于单线态裂变的发生速率过快，因此，捕获这一过程需要极高的分辨率(飞秒级别)，常见的纳秒闪光光解技术并不能给予单线态裂变过程充分的证据。基于单线态裂变材料的稀缺以及过程探究过于繁琐，专利技术了一种易制备的联苯晶体的单线态裂变检测方法。由于该过程速率极快，从而将飞秒瞬态吸收和时间分辨荧光光谱联用，以证明联苯类晶体中单线态裂变过程的发生。
附图说明
[0017]图1表示本专利技术中六联苯晶体沿不同晶轴的排列堆积图。
[0018]图2为本专利技术中六联晶体的稳态吸收，激发和荧光图谱。
[0019]图3表示本专利技术中六联薄膜的稳态吸收，激发和荧光图谱。
[0020]图4表示本专利技术中六联苯薄膜稳态荧光光谱的高斯多峰拟合。
[0021]图5表示本专利技术中六联苯单晶稳态荧光光谱的高斯多峰拟合。
[0022]图6表示本专利技术中相同尺度下六联苯薄膜和单晶的X射线衍射谱图谱。
[0023]图7表示本专利技术中相同尺度下六联苯薄膜的扫描电子显微镜图像。
[0024]图8表示本专利技术中六联苯单晶的时间分辨荧光图像。
[0025]图9表示本专利技术中六联苯单晶在500nm下的荧光动力学。
[0026]图10表示本专利技术中六联苯薄膜的飞秒瞬态吸收光谱。
[0027]图11表示本专利技术中六联苯薄膜飞秒瞬态吸收光谱的全局拟合物种关联光谱。
[0028]图12表示本专利技术中六联苯单晶的飞秒瞬态吸收光谱。
[0029]图13中六联苯晶体及薄膜的瞬态吸收图谱对比。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明，以使本领域的技术人员更好地理解本专利技术。但此处描述实例仅用以解释本专利技术，本专利技术并不局限于此。
[0031]通过高斯理论计算，得到六联苯分子的第一激发态单线态能量为3.00eV，采用同样的方法计算得到的三线态最低能量为1.04eV，其符合单态裂变所需的2E(T1)<E(S1)的能级关系。因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联苯类单晶的内部单线态裂变表征方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，使用稳态图谱对联苯类单晶进行稳态光谱测试；若吸收图谱与激发图谱重叠在一起，则该类联苯类单晶物质不存在单线态裂变过程；若吸收图谱与激发图谱有不能重叠且具有40％以上的偏离，则证明该类联苯类单晶物质具有发生单线态裂变的潜能，待下一步进一步确定；然后，使用时间分辨单光子计数器对联苯类晶体进行时间分辨荧光图谱的测试；若所得到的荧光寿命与联苯类物质单分子的荧光寿命相当，则该类联苯类单晶物质无法发生单线态裂变过程；若在荧光衰减寿命中发现单体的寿命完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：古尔扎姜加吉克，李天骄，倪文君，克里斯汀克洛克，孙立成，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：