رفتار اپتیکی و حرارتی نانو ذرات طلا محلول در پلیمر در برهم­کنش با نور لیزر در فرایندلایه نشانی برای ساخت دیودهاینور گسیل آلی (OLED)

فهرست مطا­لب

عنوان                                                                                                                              صفحه

فصل اول: مقدمه فصل اول: مقدمه

1-1مقدمه………………………………………………………………………………………………………………….2

فصل دوم : رفتار حرارتی و اپتیکی نانو ذرات طلا

2-1 نانو فناوری………………………………………………………………………………………………………….7

2-1-1 پیشگفتار…………………………………………………………………………………………………………7

2-2خواص اپتیکی نانو ذرات طلا………………………………………………………………………………..11

2-2-1 تشدید پلاسمون……………………………………………………………………………………………..11

2-2-2 ساختار باندی طلا………………………………………………………………………………………    16

2-3 خواص دی الکتریکی طلا ومدل درود………………………………………………………………. …17

2-4 تئوری مای و محاسبات الکترودینامیکی………………………………………………………………….22

2-5 مدل شبه استاتیکی برای ذرات فلزی با ابعاد کمتر از طول موج نور تابشی………………………25

 2-6 مکانیسم میرایی پلاسمون سطحی…………………………………………………………………………33

2-7 عوا­مل تعیین کننده شکل و موقعیت تشدید پلاسمون ………………………………………………..35

2-8 خواص حرارتی نانو ذرات طلا……………………………………………………………………………..38

2-8- 1 گرم شدن اپتیکی نانو ذرات طلا……………………………………………………………………….38

2-8- 2 بررسی مکانیزم­های انتقال حرارت پالس سریع لیزر در نانو ذره………………………………42

2-8-3 فرمول بندی ریاضی مدل DPl.(تأخیر فاز دوگانه)……………………………………………….43

2-9 وابستگی خواص به اندازه در نانو ذرات …………………………………………………………………44

2-9-1 اثر اندازه روی دمای ذوب  نانو جامدها …………………………………………………………….45

فصل سوم: اصول فیزیکی دیودهای نور گسیل آلیOLED)) و روش­های ساخت

3-1 پیشگفتار………………………………………………………………………………………………………….50

3-2 تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………….52

3-3 اصول کارکردOLED­ها………………………………………………………………………………….54

3-3-1 ترازهای انرژی در مواد آلی…………………………………………………………………………….54

3-3-2  ترازهای انرژی در مولکول­­های آلی…………………………………………………………………55

3-4  انتقا­ل­های الکترونی در نیمه هادی های آ­لی……………………………………………………………56

3-4-1 انتقا­ل­های تابشی و انتقا­ل­های غیر تابشی……………………………………………………………..56

3-5 اکسایتون­ها……………………………………………………………………………………………………….57

3-6 حامل­های بار در موادجامد آلی…………………………………………………………………………….58

3-7  اصول فیزیکی دیود نور گسیل آلی(OLED)…………………………………………………………59

3-7-1 ساختار OLED تک لایه…………………………………………………………………………………59

3-8 ساختار OLEDچند لایه……………………………………………………………………………………..60

3-9 فرایندهای الکتریکی در OLED……………………………………………………………………………61

3-10  فرایندهای نوری در OLED………………………………………………………………………………62

3-11  OLED پلیمری (PLED)…………………………………………………………………………..62

3-12 مکانیزم عملکرد OLED …………………………………………………………………………………63

3-12-1 تزریق الکترون و حفره از کاتد و آند……………………………………………………………….64

3-12-2 باز ترکیب بارها…………………………………………………………………………………………..65

3-13 مواد به کار رفته به عنوان کاتد و آند…………………………………………………………………..66

3-13-1 مواد به کار رفته به عنوان آند………………………………………………………………………….66

3-13-2 مواد به کاررفته به عنوان کاتد…………………………………………………………………………66

3-14 خصوصیات مواد تزریق کننده حفره ……………………………………………………………………67

3-15 مواد در تماس با کاتد………………………………………………………………………………………..68

3-16 خصوصیات مواد به کاررفته برای انتقا­ل حفره………………………………………………………..68

3-17 مواد انتقال دهنده الکترون………………………………………………………………………………….68

3-18 انواع دیودهای نور گسیل آلی OLED………………………………………………………………..69

3-18-1 دیودهای آلی با آدرس­دهی فعال(AMOLED)…………………………………………………69

3-18-2 دیودهای آلی با آدرس دهی غیر فعا­ل(PMOLED)…………………………………………..70

3-18-3 دیودهای آلی شفاف……………………………………………………………………………………..71

3-18-4 دیودهای آلی قابل انعطاف…………………………………………………………………………….72

3-18-5 دیودهای آلی سفید………………………………………………………………………………………72

3-19 مولکول­های کوچک OLED در برابر پلیمر OLED………………………………………………73

3-20 روش­های ساخت OLED………………………………………………………………………………….74

3-20 -1 لایه نشانی چرخشی………………………………………………………………………………………74

3- 20 -2 روش لایه نشانی چاپ جوهر افشان………………………………………………………………..74

3-20 -3 لایه نشا­نی با استفاده از نانو ذرات قادر به انتقال نور لیزر(NELT)………………………….75

3-20 -4 روش انجام لایه نشانی با استفاده از نانو ذرات……………………………………………………76

فصل چهارم: بررسی اثرات اپتیکی و  حرارتی نانو ذرات طلا محلول در پلیمر در برهم­کنش با نور لیزر در فرایند لایه­نشانی جهت ساخت دیودهای نور گیسل آلی(OLED)

4-1 پیشگفتار………………………………………………………………………………………………………….79

4-2 تولید گرما در یک مجموعه از نانو ذرات طلا محلول در پلیمر در حالت پایا………………….81

4-2-1 تئوری میکروسکوپیک……………………………………………………………………………………81

4-2-2 تئوری ماکروسکوپیک……………………………………………………………………………………84

4-3 چگونگی تولید حرارت برای فرایند لایه نشا­نی در ساخت OLED مبتنی بر نورلیزپالسی ……………………………………………………………………………………………………………………………..86

4-3-1 محاسبه تابع گرین جهت حل معادله انتقال حرارت………………………………………………..87

4-3-2 محاسبه دما با استفاده از رهیافت تابع گرین………………………………………………………….92

4-4  بررسی بر­هم­کنش­های حرارتی و اپتیکی بین نانو ذرات در اثر تابش نور لیزر ………………..98

فصل پنجم: بحث و نتیجه­گیری

5-1 نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………..102

مراجع…………………………………………………………………………………………………………………..106

 

                                             فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل(2-1):نوسان­های همدوس الکترون­های باند هدایت در نانو ذرات فلزی …………………….11

شکل(2-2): خطوط بردار پویینتینگ اطراف یک نانو ذره که نور لیزر به آن تابیده است. شکل سمت چپ در حالتی که شرایط تشدید وجود دارد و شکل سمت راست در حالتی  که شرایط تشدید وجود ندارد ………………………………………………………………………………………………….13

شکل(2-3 ):تغییرات طول موج تشدید پلاسمون برحسب قطر نانو ذرات کروی طلا……………..15

شکل(2-4): تغییرات طول موج تشدید پلاسمون برحسب شعاع مؤثر نانو میله­های طلا……………15

شکل(2-5):ساختار باندی طلا را نشان می دهد .(a):باند sp تقریب سهمی وار دارد که منجر به حرکت شبه  آزاد الکترون­ها می شود .(b) :انتقال میان باندی در طلا نزدیک نقاط X  و L در ابتدای منطقه بریلیون رخ می دهد…………………………………………………………………………………17

 شکل(2-6 ):طیف خاموش­سازی در محلول نانو ذرات طلاnm 40 تشدید پلاسمون در
nm 528 است.سهم برانگیختگی میان­باندی به وضوح در طول موج­های زیر 520 نانو متر دیده می­شود……………………………………………………………………………………………………………………20

شکل( 2-7):بر­هم­کنش امواج الکترومغناطیس بانانو ذره کروی به شعاع …………………………..22

شکل(2-8):  گستره­ی طیفی امواج الکترو مغناطیس………………………………………………………..23

شکل(2-9 ): یک کره همگن که داخل یک میدان الکترومغناطیس قرار گرفته است…………….26

شکل(2-10) : تشکیل پلاسمون سطحی در نانو ذرات طلا .موج الکترو مغناطیس در نانو ذره نفوذ کرده وموجب نوسان الکترون­های باند  هدایت می­شود و دو قطبی با عث تابش می شود. ……………………………………………………………………………………………………………………………..30

شکل(2-11): پلاسمون سطحی می تواند ازدو طریق افت کند فرایند(چپ)تابشی و(راست)غیر تابشی است.از انتشار فلورسانس طلا صرف نظر می شود………………………………………………….34

شکل(2-12):از تئوری مای نتیجه می­شود، نمودار سطح مقطع های خاموش سازی ،پراکندگی،و جذب برای نانو ذرات 80 نانومتری که داخل آب قرار دارند……………………………………………..36

شکل(a2-13 ):وابستگی اندازه به تشدید پلاسمون را نشان می دهد.(a):سطح مقطع خاموش­سازی برای نانو ذرات با قطر بین 20 تا 100 نانو متر است. قابل توجه است که جابه جایی قرمز عمدتاً به علت اثرات تأخیری می باشد………………………………………………………………………………………37

شکلb)2-13 ):نسبت سطح مقطع، پراکندگی به جذب برای نانو ذرات با قطر بین20  تا 100 نانو متر را نشان می­دهد. در حالی که برای نانو ذرا ت 20 نانومتری عامل جذب کاملاً غالب است برای نانو ذرات بزرگتر پراکندگی عامل مهم­تری می باشد………………………………………………………38

شکل (2-14)  : بازده جذب  و بازده پراکندگی  را نشان می­دهد که به اندازه نانوذرات وابسته است. در حالی که نانو ذرات کوچکتر از 60 نانو­متر نور را به خوبی جذب
می­کنند نانو ذرات بزرگتر نور را پراکنده می کنند. نانو ذرات 70 نانو­متری مؤثرترین تبدیل
کننده­ ها انرژی نوری حرارتی می­باشند ………………………………………………………………………..39

شکل(2-15) : فرایند های داخلی در نانو ذرات طلا تحت برانگیختگی با لیزر فمتو ثانیه. ذره در مدت 10 پیکو ثانیه گرم می­شود، و بعد این انرژی حرارتی را به محیط انتقال می دهد……………40

جدول (2-1): نسبت اتم­های سطحی به کل اتم­ها برای چند نانو جامد متفاوت……………………..47

شکل(3-1 ) ساختار OLEDتک لایه را نشان می­دهد. تزریق الکترون­ها از کاتد و حفره­ها از آند و باز ترکیب آن­ها در لایه آلی نمایش داده شده است………………………………………………………59

شکل(3-2 ): لایه­های مختلف در ساختار OLED………………………………………………………….61

شکل (3-3):ساختارO LED……………………………………………………………………………………..64

شکل(3-4 ): حرکت حفره­ها از آند و الکترون­ها از کاتد…………………………………………………65

شکل(3-5 ):ساختار دیود با آدرس دهی فعال…………………………………………………………………69

شکل(3-6 ):ساختار دیود با آدرس دهی غیر فعال…………………………………………………………..70

شکل(3-7):ساختار دیودهای آلی شفاف………………………………………………………………………71

شکل( 3-8): دیودهای آلی انعطاف پذیر……………………………………………………………………….72

شکل (3-9): دیودهای آلی سفید………………………………………………………………………………..73

شکل (3-10):دستگاه لایه نشانی چرخشی……………………………………………………………………..74

شکل(3-11): جذب نور لیزر و تبدیل آن به گرما توسط نانو ذرات……………………………………75

شکل( 3-12) :(a)چیدمان آزمایشگاهی روش لایه نشانی با نانو ذرات فلزی (طلا یا نقره).(b) زیر لایه­های بخشنده وپذیرنده و چگونگی انجام لایه نشانی با این روش را نشان می­دهد………………77 شکل (4-1):نانو ذرات محلول در پلیمر…………………………………………………………………………83

شکل (4-2): طرح کلی مربوط به لایه نشانی با استفاده از محلول نانو ذرات و پلیمر……………….86

شکل (4-3): ناحیه(1 ):قبل از نانو ذره ، ناحیه(2) : بعد از نانو ذره، ناحیه( 3) :لایه هدف
(ماده OLED)………………………………………………………………………………………………………….89

شکل (4-4): نمودار دما  بر حسب موقعیت نانو ذرات  برای ناحیه ………94

شکل(4-5): نمودار دما  بر حسب موقعیت نانو ذرات  برای ناحیه …………..95

شکل (4-6): نمودار دما  بر حسب موقعیت نانو ذرات برای ناحیه ……….95

 شکل(4-7): فاصله جدایی بین مراکز دو نانو ذره کروی………………………………………………….98

شکل(4-8): طرح کلی از سیستمی از نانو ذرات کروی که با تقریب دو قطبی بررسی شود….. 100