自1990年代末至2000年代初以來,有機半導體材料的研究引起了相關(guān)領(lǐng)域的高度關(guān)注,大大提高了實驗室環(huán)境中有機半導體器件的制造水平。目前,有機半導體器件領(lǐng)域正在進入商業(yè)化階段。
目前有幾種類型的有源和無源器件,如晶體管、二極管、OLED、傳感器、存儲器、顯示器、電池、電阻、電容器、電感器和天線等。
1有機太陽能電池
有機太陽能電池,顧名思義,是構(gòu)成有機材料核心部件的太陽能電池。主要目的是利用光敏有機物作為半導體的材料,通過光伏效應產(chǎn)生電流,從而達到太陽能發(fā)電的效果。
太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種。它們各自的特性決定了它們在不同的應用中具有不可替代的地位。然而,未來10年,晶體硅太陽能電池的份額盡管由于薄膜太陽能電池的發(fā)展等原因而下降,但主導地位仍未根本改變;而如果薄膜電池能解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池對于設(shè)備昂貴等問題,將有巨大的發(fā)展空間。
OSC的結(jié)構(gòu)原理包括以下狀態(tài)
1.有機太陽能電池利用光敏有機物作為半導體的材料,通過光伏效應產(chǎn)生電流。主要的感光有機材料具有共軛結(jié)構(gòu)并具有導電性,如酞菁、卟啉和花青(cyanine)。
2.有機太陽能電池按半導體材料可分為單結(jié)結(jié)構(gòu)、P-N異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和染料敏化納米晶結(jié)構(gòu)。
3.單結(jié)的結(jié)構(gòu)是基于肖特定壘原理的有機太陽能電池。結(jié)構(gòu)為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極。兩個電極的電場可以產(chǎn)生電場。電子從低功率函數(shù)的金屬電極轉(zhuǎn)移到高功率電極,產(chǎn)生光電流。由于電子空穴在同一材料中傳輸,因此光電轉(zhuǎn)換率低。
4.p-N異質(zhì)結(jié)構(gòu)是指與供體受體(N型半導體和P型半導體)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。該半導體材料為染料,如酞菁和苝四種甲醛亞胺化合物,利用半導體層之間的D/A界面(供體、受體、供體、受體)性質(zhì)和電子空穴轉(zhuǎn)移分別在不同的材料中,提高了分離效率。EliasStathatos等人結(jié)合無機和有機化合物的優(yōu)點,使太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換達到5%~6%。
5.ye敏化太陽能電池(DSSC)主要是指以染料敏化多空間納米結(jié)構(gòu)TiO2薄膜為光陽極的太陽能電池。它是一種具有葉綠素光合作用原理的仿生植物的太陽能電池。但是,NPC太陽能電池可以使用適當?shù)难趸€原電解液來提高光電效率,并且一般穩(wěn)定在10%。而且,納米TiO2的制備簡單、成本低、壽命長。具有良好的市場前景。
2有機發(fā)光二極管(OLED)
有機發(fā)光二極管(OLED)也稱為機電激光顯示器和有機發(fā)光二極管。1979年,美國華裔教授鄧慶云(ChingW.Tang)被發(fā)現(xiàn)在實驗室。OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光、視角廣、幾乎無限高對比度、低功耗、反應速度快等優(yōu)點。
OLED顯示技術(shù)廣泛應用于手機、數(shù)碼相機、DVD、個人數(shù)字助理(PDA)、筆記本電腦、汽車音響電視等。OLED顯示屏非常輕薄,因為它不使用背光。OLED顯示屏還具有最大160度的寬屏幕視圖,工作電壓為《》至《》伏(伏特,以V表示)。
OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特點,其有機材料和玻璃基板的涂層非常薄,當電流通過時,這些有機材料會發(fā)光,與OLED顯示屏的視角不同,并且可以節(jié)省能源,從2003年開始顯示設(shè)備就已經(jīng)應用于MP3播放器中。
射頻識別(RFID)是一種無線通信技術(shù)。它可以通過無線電信號識別特定目標,讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),不需要識別系統(tǒng)與特定目標之間的機械或光學接觸。
無線電信號通過射頻調(diào)制的電磁場傳輸,從附著在物體上的標簽傳輸數(shù)據(jù),從而自動識別和跟蹤物品。某些標簽在被識別時可以從識別器發(fā)出的電磁場中獲取能量,并且不需要電池。它們也有標簽,擁有電源,可以發(fā)出無線電波(射頻電磁場)。標簽包含存儲在幾米內(nèi)可以識別的電子信息。與條形碼不同,RFID標簽不需要在標識符的視線范圍內(nèi),可以嵌入到被跟蹤的對象中。
RFID技術(shù)用于許多行業(yè)。將標簽貼在生產(chǎn)中的汽車上,工廠可以方便地跟蹤汽車在生產(chǎn)線上的進度。倉庫可以跟蹤藥物的位置。RFID標簽也可以貼在牲畜和寵物上,便于識別牲畜和寵物。射頻識別卡使員工能夠進入建筑物的鎖定部分,汽車上的無線電響應器也可用于收取費用和停車場。
RFID是本世紀十大最具影響力的技術(shù)之一,然而,由于成本高昂,這項技術(shù)沒有得到普及和發(fā)展。低成本有機RFID的研發(fā)可以在未來解決這個問題。目前,世界仍處于探索階段,但總體上對其前景有利。
4有機傳感器
有機傳感器是使用有機聚合物材料作為敏感材料的傳感器。有機高分子材料是60年代發(fā)展起來的新材料。它們具有電子、光學、熱學、機械、化學和生物特性,拓展了傳感器技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)展最迅速的電子功能高分子材料如李敏、熱敏和光敏元件。
例如,聚偏氟乙烯共聚物及其系列材料具有優(yōu)異的耐輻射性、電絕緣性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性,經(jīng)過拉伸、極化、電鍍電極處理后加工成薄膜,表現(xiàn)出較強的壓電效應、壓電效應和熱釋電效應,在傳感器領(lǐng)域的應用前景十分突出。
開發(fā)了立體聲耳機、麥克風、揚聲器、高頻加速度計、水聽器、聲納探測器、海洋監(jiān)測裝置、海岸警衛(wèi)隊裝置、水聲成像、超聲波無損檢測、表面聲波、延遲線、非接觸式開關(guān)、鍵盤開關(guān)、光纖開關(guān)、紅外探測器、入侵報警和打印傳感器等。
在醫(yī)療器械方面,有心音、胎音計、脈搏計、人體組織實時超聲成像儀、A超聲波掃描設(shè)備、血流檢測儀、假體傳感器、盲人觸覺傳感器等產(chǎn)品。例如,三甘氨酸硫酸鹽有機熱發(fā)光薄膜具有很高的熱釋電系數(shù)。它是一種非接觸式新型熱電敏感材料,可直接將熱輻射轉(zhuǎn)化為電信號。該傳感器響應頻率高,速度快,頻段寬,不受輻射波長限制。在氣體分析、遙測、遙感等方面具有獨特的優(yōu)勢。
5集成智能系統(tǒng)
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,通信、人工智能、專家系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)庫、多媒體、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和神經(jīng)模糊理論、智能控制、機器人技術(shù),特別是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的廣泛滲透,綜合智能系統(tǒng)(IIS)得到了廣泛的研究和開發(fā)。
IIS其實是一個具體的體現(xiàn),就是試圖通過眼睛模擬兩個個體幾百米的距離進行遠程通信,IIS智能人就是試圖實現(xiàn)這些,包括智能手腳、眼睛、耳朵、嘴巴、推理、控制、聯(lián)想記憶,智能技術(shù)是不可能用這些功能在單一中完成的,需要運用多種智能技術(shù)集成,實現(xiàn)智能化復合型人。
IIS可用的具體塊說明。它包括推理、轉(zhuǎn)移、行動三部分,為人,一部分由人腦中的大量神經(jīng)元完成推理,推理結(jié)果通過各種神經(jīng)字母1轉(zhuǎn)移到其他器官的手中,動作由外部器官執(zhí)行,它發(fā)出完整的推理命令。
IIS的應用包括銀行、過程控制與自動化、監(jiān)控、機器人系統(tǒng)、制造系統(tǒng)、信息服務(wù)等,IIS的實現(xiàn)必須采用專用軟件開發(fā)環(huán)境:各種標準的通用軟件開發(fā)環(huán)境、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真器控制和機器人系統(tǒng)仿真器、現(xiàn)有軟件模塊、標準化機器人、控制和自動化模塊,基于語言的特殊使用,如用于與并行推理機配合開發(fā)的分布式控制軟件開發(fā)效率比FORTRAN、C語言是更先進和面向?qū)崟r性的Paracell語言,并發(fā)手段也必須由硬件(Transputer、OCCAM中的并發(fā)語言巨頭,以及使用各種并行機)在技術(shù)圖紙中提供。
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