在近二十年来,有机半导体材料发展迅猛。目前在器件的实用化方面已经取得了长足的进步。尽管已经开始了大规模的产业化,但在材料的微观机理上仍然存在一些基本的物理问题值得探讨。在有机发光材料中,当运动的电子和空穴相互接近时,便会形成最基本的激子态-“激子”。产生的激子在以辐射复合的方式退激前,会持续一定的寿命。在此期间,激子有可能与材料中的载流子(包括电子和空穴)或其它分子发生相互作用,这些相互作用构成了激子的其他衰减途径,因而值得关注。本论文主要从激子淬灭和激子裂变方面,对有机发光分子中这两种重要的物理过程开展实验研究。本论文的主要内容如下:(1)第一章主要对有机发光分子中常见的激子淬灭和激子裂变这两种微观过程进行简要的描述。其中激子淬灭现象主要来源于发光器件中电子和空穴这两种载流子与激子间的相互作用,相互作用的结果使激子发生无辐射的退激跃迁,这种淬灭过程是制约有机发光器件提高其量子效率的重要因素。而激子裂变现象,主要存在于某些特殊的有机分子中。这些材料里,单重态激子的能量恰好约等于三重态激子能量的两倍,因而可以实现激子由一个单重态向三重态的转变。这两种物理过程对有机光电器件的影响,在第一章都给出了介绍。(2)第二章主要是对研究激子淬灭与激子裂变的实验设计与测量过程介绍。包括实验前期准备,实验样品的制备过程,以及样品的测量技术与过程。对实验过程中实验的主要设备都一一进行了说明。(3)第三章主要对激子淬灭的实验研究过程给出了详细的阐述。由于发光器件中同时存在电子和空穴两种载流子,而这两种载流子对激子都存在淬灭作用,而且有可能存在作用强度的差异,因而在实验上,必须做出严格区分,以分别研究激子与电子的相互作用和激子与空穴的相互作用。这种作用可表示为:S 1+e/h→S0+e/hh,其中S1表示单重态激子,S0表示基态分子,e表示电子,h表示空穴。为此,实验以Alq3材料(tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum)作为发光层分别设计了单极电子器件与单极空穴器件来分别研究两种载流子对激子的淬灭作用。在单极电子器件中,只有电子一种载流子,采用光致发光手段激发发光层中的单重态激子,然后施以外加电压,在器件中产生纯电子电流,如此便可以模拟发光器件中流动的电子对单重态激子的淬灭作用。类似的,在单极空穴器件中,只有空穴一种载流子,仍采用光致发光手段激发发光层中的单重态激子,然后施以外加电压,在器件中产生纯空穴电流。此外,在发光层的内部或界面处还可能存在数量众多的极化电荷,这些固定电荷既可能是电子,也可能是空穴,它们同样会对激子产生淬灭作用。为了研究静止的电荷对激子的淬灭作用,实验上在器件中插入一定厚度的LiF绝缘层,形成一个电容器结构,当外加正(负)向偏压,则可以在发光层的一侧产生正(负)的极化电荷。仍采用光致发光方式产生单重态激子,如此就可以模拟在发光器件中静止的电荷对激子的淬灭作用。(4)第四章主要对激子裂变的实验研究过程给出了详细的阐述。传统上,激子裂变过程可用一个两步三状态反应模型表示:S1+S0(?)1(TT)i(?)T1+T1,其中T1表示三重态激子,1(TT)i表示具有单重态特征的三重态激子对。通常,激子裂变过程是可逆的,从左向右的过程称为单重态激子的裂变,而从右向左的过程又称为三重态激子的聚变。通常这两种过程可以在有机发光分子中共存。实验上,可通过分析光致发光的瞬态衰减过程来研究激子裂变的微观过程或机制,在不同温度下测量了具有激子裂变性质的红荧烯(rubrene)材料的瞬态发光衰减过程。首先采用基于两步三状态反应模型的微分方程组对实验测得的衰减曲线进行了拟合,理论曲线与实验结果符合较好,但仍然存在明显偏差。实际上,理论与实验的偏离源于上述两步三状态模型过于简单,不能充分反映实际的裂变演化过程。为此,理论上又采用基于三步四状态反应模型的微分方程组对实验衰减曲线再次进行了拟合。三步四状态反应模型可表示为:S1+S0(?)1(TT)i(?)1(T...T)(?)T1+T1,其中1(T...T)态表示两个已经在空间上分离,但仍存在自旋相互作用的三重态激子对。三步四状态反应模型表明在激子裂变过程中,在两个分子已经空间分离的条件下仍可存在自旋相互作用,这实际上为研究自旋相互作用的相干距离提供了一种思路。采用三步四状态反应模型得到的拟合曲线与实验结果符合更好,说明三步四状态模型更贴近实际的裂变演化过程。另一方面,采用Arrhenius定律对拟合过程所得到的速率参数进行了指数拟合,得到两步三状态激子的能量与单重态激子的能量差△E的实验值,结果表明通过三步四状态反应模型得到的能量差值△E更接近理论值,这再次表明三步四状态反应模型优于两步三状态反应模型。(5)第五章主要对本论文所描述的工作进行了总结,列出了本论文主要的研究成果与结论。