北京卫视养生堂《越走越“窄”的膝关节》——吕厚山
来源:北京麦瑞骨科医院 && 作者：admin && 发布日期：
　　一道&缝&竟然关系着你的膝盖是否健康?如果关节间的&缝&变窄了，甚至消失了又说明什么?如何才能及时发现膝关节的健康问题呢?北京麦瑞骨科医院院长、北京大学人民医院关节病研究所所长做客《养生堂》，为您带来《越走越&窄&的膝关节》。
　　吕院长介绍，膝关节疾病最怕&拖&，曾遇到很多患者因惧怕手术，对关节置换手术不了解或是其他原因就拖延不治，错过了关节置换最佳时期。
　　吕院长在现场告诉大家：如果膝关节病变到了晚期，必须要做关节置换的时候，全世界公认的膝关节置换最佳年龄是60岁到65岁。因为这个年龄身体还好，并发症也少，心脏、大脑也大多处于健康状态，所以患者在这样的状态下做关节置换手术是最安全的。
　　有些人正常站立时踝关节并拢到一起而双膝关节并拢不上是怎么回事呢?
　　吕院长在现场告诉大家，双膝关节并拢不上(典型的O型腿表现)有可能是先天发育造成的，但是后天的逐渐地发展和磨损是更重要的原因。如果站立时双膝关节中间的缝隙比较大，一定要有所关注。
　　蹲起这样一个简单的动作也隐藏着许多膝关节病变的秘密。吕院长与大家一一分析：
　　如果在蹲起过程中突然卡住了，就可能是半月板的问题;
　　如果在蹲起的时候有响声(咔啦咔啦响)，同时伴有一点疼痛，就是膝关节内髌骨的问题;
　　如果在蹲起的过程当中没有劲儿，另外还发凉，则有可能是膝关节局部的问题，但也有可能是腰的问题。如果腰有问题，下肢循环往往不好，所以会感觉膝盖发凉。
　　膝关节软骨是最容易出现问题的部位。如何自我简单地判断膝关节软骨出现问题了呢?
　　吕院长告诉大家，如果坐久了之后，突然起身迈步走路困难，活动一会儿就能走路了，走路一会儿又疼痛了，坐下歇会儿疼痛又减轻了。这些就是膝关节软骨出现病变典型的症状和体征。
　　吕院长提醒大家：如果发现自己或家人在生活中蹲起出问题了，走路突然(膝盖)卡住了，不能动了，这些情况一定要去找医生看一看。
　　13年前，吕厚山教授用自己精湛的医术为85岁高龄的裴奶奶置换关节。13年后， 98岁高龄的裴奶奶，亲临《养生堂》录制现场，不止谢恩，更用自己的亲身经历告诉大家，关注关节健康，让生命与自由共存。
裴奶奶现场分享亲身经历
　　专家简介：
　 　北京麦瑞骨科医院院长(原北京大学人民医院院长)、北京大学关节病研究所所长，从事骨科临床工作40余年，近20年以关节炎外科治疗为主攻方向，其中膝 关节置换个人近5800例，他曾突破了高度屈膝畸形超过60&的人工关节置换术国际公认的手术禁忌，在国内率先开展牛皮癣性关节炎、血友病性关节炎、狼疮 性关节炎及夏科氏关节炎的人工关节置换术，并率先开展一次麻醉下双膝关节同时置换术、一侧髋膝踝三关节同时置换术等高难度的手术技术。在手术难度、手术例 数及治疗效果等方面均居国内领先地位。
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股骨头坏死多级仿生耦合材料吸声性能及机理研究--《吉林大学》2014年博士论文
多级仿生耦合材料吸声性能及机理研究
【摘要】：随着工业生产、交通运输和城市建筑的发展，噪声已成为污染人类社会环境的一大公害，使用新型吸声降噪材料是降低噪声污染的重要途径。当前，应用材料改进和新型声学结构相结合的方式来提高吸声材料的吸声性能，是吸声材料的主流发展趋势。
本文选用聚氨酯为基材，农作物副产品稻壳为填料，制备了稻壳-聚氨酯复合多孔材料，分析了添加稻壳对聚氨酯声学性能的影响；从声学专业角度设计了一种能够快速测量多孔材料特征参数的方法，测试了聚氨酯及稻壳-聚氨酯复合材料的特征参数，分析了各参数对材料声学性能的影响，并初步探索稻壳-聚氨酯复合材料的吸声机理；根据团队前期开展的鸮类仿生降噪的部分成果，基于鸮皮肤和覆羽的耦合吸声特性，设计了多层仿生耦合吸声结构，应用MATLAB和工程声学软件ACTRAN计算了其吸声性能及每层参数的影响，并应用有限元法模拟分析了其对索道滑舱内声场的影响，探索了多层仿生结构在交通工具上的降噪影响。
在材料方面，选择温度、总质量以及多元醇与MDI的比例作为试验因素制定试验方案，分析了各因素对聚氨酯泡沫声学性能的影响，并确定了制备聚氨酯的最佳条件。以优化后配方作为基材，添加不同量的稻壳，制备了稻壳-聚氨酯复合材料。应用红外光谱分析技术和扫描电镜分析了稻壳对复合材料化学成分及物理结构的影响。结果表明：稻壳未参与聚氨酯的化学反应，仅影响复合材料的物理结构，稻壳显著影响聚氨酯的孔形成和孔径分布。材料的声学性能测试表明，在不增加厚度的前提下，添加稻壳能够提高聚氨酯的低频吸声性能，且材料的吸声性能趋势与传递损失趋势相反。
为深入研究聚氨酯泡沫及稻壳聚氨酯复合材料的声学性能，在Johnson-Allard模型和Lafarge-Allard模型的基础上，搭建了一个特殊试验台，能够采用一个试验样本，快速且同时测定多孔材料的所有特征参数，解决了传统测试方法复杂且耗时的不足。该方法的基本原理为：通过改变多孔材料背后的边界条件，测试相应的材料的表面阻抗和吸声系数，然后用MATLAB和最小二乘法来求解多孔材料的特征参数。流阻和孔隙率通过测量材料在低频段的表面阻抗来确定，而曲率、特征长度和热渗透性通过将吸声系数的测试值与Johnson-Allard模型进行拟合或者将有效密度和体积模量的试验值与Lafarge-Allard模型进行拟合得到。通过与其他实验室的测试结果比较和试验值与预测值比较来验证该方法的可靠性。最后，利用该试验台测试了制备的聚氨酯及稻壳-聚氨酯复合材料的各种特征参数，分析了各因素对聚氨酯泡沫的流阻和孔隙率的影响，将得到的特征参数，通过Johnson-Allard模型和Lafarge-Allard模型计算来预测样本在背衬30mm空腔条件下的吸声系数曲线并与试验测试值进行对比，进一步分析了其吸声性能和声学机理。该方法最大的优势就是快速，且不需要其他专业的测试仪器，为多孔材料特征参数的测试提供了一种新的思路。
在结构方面，基于鸮皮肤和覆羽的多层次组织结构与形态特征，建立了梯形棱纹表面，背衬空腔以及多层耦合仿生模型。通过MATLAB计算及声学软件ACTRAN分析了模型的声学性能，以及各层参数对模型声学性能的影响。不同表面模型的声学性能分析表明：多孔材料背衬空腔，显著提高材料低频段的吸声性能，且吸声系数曲线的峰值向低频方向移动；多孔材料设计为梯形棱纹表面，可显著提高材料中高频段的吸声系数。多孔材料设计为梯形棱纹表面且背衬空腔，吸声性能最好，吸声系数曲线的峰值向低频移动，并且在整个频段内吸声系数显著提高。对于多层耦合模型，仿生耦合模型具有最佳的吸声能力。0-2000Hz内的垂直入射平均吸声系数达到0.778，200-2000Hz内达到0.85。低频吸声系数的显著提高可归功于微缝板和柔性微穿孔膜的Helmholtz效应，与多孔材料结合则导致宽频段内吸声系数的进一步提高。
以索道滑舱为对象，将多层仿生耦合模型粘贴于滑舱内座椅和地毯部分，用ACTRAN计算滑舱空腔的声学模态，分析添加吸声材料前后的滑舱内声场变化，人耳附近的声压级变化，并计算各板块的贡献量。结果表明：由于车厢空腔的横向和垂向的对称性，使车厢空腔声场的各阶模态振型的横向和垂向两侧对称分布，且频率越高，形变越复杂。添加五种吸声模型后，人耳附近的声压级显著降低，其中，模型2和5表现出最好的吸声效率。正如所期望的，所有部位均添加吸声材料对滑舱内人耳附近的声压级降低最有效，其中地毯的贡献占主导。表明声压级曲线向低频范围移动，吸声材料增加了系统的质量。由吸声结构所提供的声吸收在低频范围非常低，但随着频率增加而提高，多层吸声结构在50Hz以下几乎无能量散射。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TB34;TB383.4【目录】：
摘要4-6Abstract6-9目录9-15第1章 绪论15-29 1.1 研究背景及意义15-16 1.2 吸声材料的分类及吸声机理16-19
1.2.1 分类16-17
1.2.2 吸声机理17-18
1.2.3 影响因素18-19 1.3 国内外研究现状19-26
1.3.1 填料型吸声材料19-20
1.3.2 结构型吸声材料20-25
1.3.3 其他类型吸声材料25-26 1.4 本文主要研究内容26-29第2章 稻壳-聚氨酯复合材料的声学性能29-51 2.1 基材选择29-30 2.2 聚氨酯的制备30-35
2.2.1 模具制备30
2.2.2 原料选择30-31
2.2.3 制备方法31
2.2.4 声学性能的测试方法31-35 2.3 聚氨酯的配方优化35-44
2.3.1 温度对聚氨酯声学性能的影响36
2.3.2 多元醇与 MDI 的比例对聚氨酯声学性能的影响36-37
2.3.3 总质量对聚氨酯声学性能影响37-38
2.3.4 聚氨酯声学性能的二次旋转回归优化38-44 2.4 聚氨酯复合材料的制备44-45
2.4.1 填料的选择44
2.4.2 聚氨酯复合材料的制备44-45 2.5 聚氨酯化学反应及红外光谱分析45-47
2.5.1 聚氨酯的化学反应45-46
2.5.2 红外光谱分析46-47 2.6 表面形态及孔径分布47-48
2.6.1 孔细胞形态47-48
2.6.2 孔细胞分布及孔径48 2.7 声学性能48-50
2.7.1 声阻抗48-49
2.7.2 吸声系数49-50
2.7.3 声传递损失50 2.8 本章小结50-51第3章 多孔材料的特征参数及传播规律51-71 3.1 多孔材料51-53
3.1.1 基本特征51-52
3.1.2 声学干扰的基本方程52
3.1.3 特征参数的确定方法52-53 3.2 多孔材料的特征参数53-56
3.2.1 流阻53-54
3.2.2 孔隙率54
3.2.3 曲率54-55
3.2.4 黏性特征长度55
3.2.5 热特征长度55-56 3.3 多孔材料特征参数的传统测试法56-60
3.3.1 动态特性的测量56
3.3.2 特征参数的测量56-60 3.4 多孔材料特征模型的发展60-70
3.4.1 经验模型61-62
3.4.2 等效流体的现象模型62-66
3.4.3 流体中垂直入射声阻抗66-68
3.4.4 多孔材料的声学特性计算68-70 3.5 本章小结70-71第4章 聚氨酯材料声学特征参数的测试71-101 4.1 试验原理71-75
4.1.1 基本原理71-72
4.1.2 直接测量72-74
4.1.3 拟合求解74-75 4.2 特征参数的确定方法75-86
4.2.1 试验台的搭建75-77
4.2.2 声学参数的测试77-81
4.2.3 特征参数的测试81-84
4.2.4 试验误差控制84-85
4.2.5 测试方法总结85-86 4.3 测试方法评估86-87
4.3.1 与其他实验室比较86
4.3.2 预测值与试验值比较86-87 4.4 试验结果和讨论87-97
4.4.1 不同制备温度的聚氨酯的声学性能87-90
4.4.2 不同多元醇与 MDI 比例的聚氨酯的声学性能90-93
4.4.3 不同总质量的聚氨酯的声学性能93-95
4.4.4 不同稻壳添加量的聚氨酯的声学性能95-97 4.5 稻壳-聚氨酯复合材料的吸声机理探讨97-98 4.6 本章小结98-101第5章 二元仿生耦合吸声结构的声学性能101-119 5.1 长耳鸮皮肤和覆羽的耦合吸声性能101-102 5.2 不同表面模型的吸声性能102-108
5.2.1 仿生模型建立102-103
5.2.2 数值模拟方法103-105
5.2.3 计算结果与分析105-108 5.3 仿生耦合多层模型的吸声性能108-118
5.3.1 仿生耦合模型建立108-109
5.3.2 吸声性能的计算方法109-113
5.3.3 仿生模型吸声性能113-115
5.3.4 仿生模型各层的参数优化115-118 5.4 本章小结118-119第6章 仿生耦合吸声结构的应用119-131 6.1 模态分析理论119-120 6.2 滑舱声场有限元模型建立120 6.3 滑舱的声模态分析120-130
6.3.1 滑舱声模态计算121-124
6.3.2 人耳附近声压级124-126
6.3.3 滑舱内声散射126-128
6.3.4 滑舱内导纳辐射功率128-130 6.4 本章小结130-131第7章 总结与展望131-135 7.1 全文工作总结131-133 7.2 本文主要创新点133 7.3 展望133-135参考文献135-149作者简介及在学期间取得的科研成果149-151致谢151
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【参考文献】
中国期刊全文数据库
李海涛,朱锡,石勇,董鹏;[J];材料科学与工程学报;2004年06期
吕丽;白书欣;张虹;王进;杨军;肖加余;;[J];材料科学与工程学报;2006年06期
王月;[J];材料开发与应用;2001年04期
程桂萍,陈宏灯,何德坪,舒光冀,肖今新;[J];东南大学学报;1998年06期
席莺,李旭祥,方志刚,茅素芬;[J];高分子材料科学与工程;2001年02期
李浩;朱锡;梅志远;罗忠;;[J];高分子材料科学与工程;2010年07期
汤振杰;朱正吼;马广斌;何福平;;[J];功能材料;2008年01期
陈军;[J];贵州化工;2005年02期
蒋兴华,李锋华;[J];合成材料老化与应用;2002年03期
马大猷;[J];中国科学;1975年01期
中国博士学位论文全文数据库
张春华;[D];吉林大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库
钱军民,李旭祥;[J];工程塑料应用;2000年06期
李思远,杨伟,杨鸣波;[J];工程塑料应用;2004年05期
陈志坤;刘文涛;何素芹;朱诚身;辛建泉;;[J];工程塑料应用;2009年02期
余超;熊伟;文庆珍;朱金华;魏徵;张一飞;樊龙龙;;[J];工程塑料应用;2011年05期
杨英;[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
雷烨;盛美萍;肖和业;任杰安;;[J];兵工学报;2009年07期
刘培臣;[J];北京工业大学学报;1994年04期
马艳红;洪杰;李昊宇;李一峰;;[J];北京航空航天大学学报;2009年05期
乔小青;陈洪章;马润宇;;[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年S1期
刘录,车俊铁,刘芳臣,刘兴元,孔继兰;[J];北京石油化工学院学报;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库
姜在秀;王佐民;;[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
许昊;吴胜举;孙军涛;;[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
刘全刚;蒋伟康;万泉;;[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
侯峰;沈重;秦浩明;;[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
耿谦;李跃明;杨雄伟;;[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年
朱纪磊;汤慧萍;葛渊;李程;廖际常;;[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年
于宏燕;曾心苗;刘江伟;许自炎;;[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年
蔡坤鹏;李明;黄学辉;;[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年
王兵;陈磊;马玉亮;林新志;;[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第6分册）[C];2010年
王忠;张鹏;夏恒;严雪文;;[A];2006年APC联合学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库
曹宇;[D];哈尔滨工程大学;2010年
张俊秋;[D];吉林大学;2011年
孙小刚;[D];上海交通大学;2011年
李洋流;[D];哈尔滨工业大学;2011年
赵国璋;[D];上海大学;2011年
徐劲力;[D];武汉理工大学;2009年
卢灿辉;[D];四川大学;2002年
郭敏;[D];陕西师范大学;2003年
干方建;[D];合肥工业大学;2003年
孙丽萍;[D];哈尔滨工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库
丁晓;[D];山东科技大学;2010年
石琢;[D];浙江理工大学;2010年
周耿;[D];浙江理工大学;2010年
何旭东;[D];哈尔滨工程大学;2010年
芦雪松;[D];哈尔滨工程大学;2010年
李灿杰;[D];大连理工大学;2010年
李文敏;[D];江南大学;2010年
白志勇;[D];昆明理工大学;2010年
庞鸿勇;[D];昆明理工大学;2009年
夏灿芳;[D];中南林业科技大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
赵增典,张勇,苗汇静;[J];兵器材料科学与工程;1998年01期
马源,马彪;[J];车辆与动力技术;2003年02期
俞孟萨,叶剑平,吴有生,吕世金;[J];船舶力学;2002年05期
丛茜;封云;;[J];船舶力学;2006年05期
巫兆聪;[J];测绘学报;2002年03期
杨思一;[J];材料工程;1997年09期
于海琴,王金刚,闫良国;[J];材料科学与工程;2002年02期
李海涛,朱锡,石勇,董鹏;[J];材料科学与工程学报;2004年06期
李亦东，于翘;[J];材料科学与工程;1995年02期
王月,付自来;[J];材料开发与应用;2000年03期
中国重要会议论文全文数据库
梁基照;吴向东;刘兴瑜;杨卫国;周兴求;唐国俊;;[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库
田丽梅;[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库
曹久莹;[D];南京航空航天大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库
张海永;孟宪林;许永辉;林红吉;;[J];现代涂料与涂装;2009年11期
毛东兴,洪宗辉;[J];噪声与振动控制;1999年02期
张帆,姚德生;[J];噪声与振动控制;2005年04期
杨雪;王源升;朱金华;文庆珍;余红伟;;[J];高分子材料科学与工程;2007年01期
刘建英;方月;;[J];煤矿机械;2008年01期
刘建英;李振军;;[J];机械工程师;2008年03期
杨雪;王源升;余红伟;;[J];武汉理工大学学报;2008年03期
李海斌;张晓宏;;[J];电力科学与工程;2009年10期
周晓燕,华毓坤,朴雪松;[J];南京林业大学学报;2000年01期
任润桃,徐初琪,金晓鸿,叶章基;[J];材料开发与应用;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库
毛东兴;;[A];中国声学学会1999年青年学术会议[CYCA'99]论文集[C];1999年
苏家煜;刘颖;;[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
王源升;朱金华;姚树人;;[A];中国声学学会1999年青年学术会议[CYCA'99]论文集[C];1999年
王源升;;[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2007年
姜在秀;毛东兴;;[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年
文庆珍;朱金华;王源升;姚树人;;[A];第四届全国高聚物分子表征学术讨论会论文集[C];2004年
沈杰;张晓艳;肖红;施楣梧;徐坚;;[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2007年
金雪莉;曾令可;;[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
常宝军;王晓林;彭峰;;[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
王仁乾;马黎黎;;[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库
;[N];广东建设报;2000年
魏国林;[N];中国建材报;2008年
李宏乾;[N];中国化工报;2004年
孙家海、马健;[N];中国房地产报;2003年
杨雪飞;[N];中国建设报;2006年
付毅飞;[N];科技日报;2009年
本报记者 台桂花;[N];中国环境报;2004年
胡俊民;[N];中国建材报;2004年
晓甘;[N];中国建材报;2005年
孙玲;[N];中国贸易报;2007年
中国博士学位论文全文数据库
侯清泉;[D];东北林业大学;2012年
王永华;[D];吉林大学;2014年
郭创奇;[D];上海交通大学;2007年
王清华;[D];国防科学技术大学;2009年
杨树;[D];东华大学;2011年
余海燕;[D];中国建筑材料科学研究总院;2006年
周洪;[D];四川大学;2007年
杨家富;[D];南京林业大学;2013年
陈鑫;[D];吉林大学;2008年
陈继浩;[D];中国建筑材料科学研究总院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库
曹书豪;[D];西南交通大学;2013年
石琢;[D];浙江理工大学;2010年
张锦宽;[D];东华大学;2011年
马永喜;[D];东华大学;2010年
李晓佳;[D];哈尔滨工程大学;2013年
敖庆波;[D];东北大学;2008年
李康;[D];东华大学;2011年
孙明;[D];哈尔滨工程大学;2010年
熊红莲;[D];上海交通大学;2011年
邱伯华;[D];哈尔滨工程大学;2005年
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京公网安备75号热激子反系间窜越实现高效率有机电致发光材料的分子设计原理--《吉林大学》2015年博士论文
热激子反系间窜越实现高效率有机电致发光材料的分子设计原理
【摘要】：有机电致发光器件（OLEDs）经历了近三十年的发展，目前已经进入商业化的阶段。有机发光材料是有机电致发光器件的核心技术，也是该领域国际竞争的焦点。有机电致发光材料的发展已经经历了两个重要阶段，第一代OLEDs发光材料是以三（8-羟基喹啉）铝（Alq3）为代表的绿色荧光材料，由于自旋统计限制，荧光材料中仅能利用单线态(S)激子发光，而三线态(T)激子白白浪费掉，因此该类材料的能量利用效率的上限为25%。第二代OLEDs发光材料是磷光材料，目前以铱配合物为主要代表。1998年，马於光教授首次提出将75%的T态激子能量利用起来提高OLEDs器件效率的原理，即如果三线态和单线态同时发光(相同效率),则整个器件效率将提高三倍，并利用金属配合物发光材料制备了电致磷光器件。由于金属配合物中重原子效应，大大增强了自旋轨道耦合,使得S态与T态间自旋跃迁禁阻成为跃迁允许。这样，S态激子可以通过系间窜越生成T态激子，进而辐射跃迁到基态产生磷光，S态与T态激子的完全利用，所以磷光器件的内量子效率在理论上可以达到100%。由于磷光器件效率的大幅度提高，目前已经成为OLEDs的主流材料。但是由于高效率的深蓝光磷光材料依然缺乏，这严重阻碍了OLEDs全色显示与照明的发展进程。另一方面金属配合物磷光材料中的贵金属（如铱、铂等）资源稀缺，价格昂贵，也大大的限制了它们的进一步发展和应用。因此开发兼具低成本，高发光效率，高激子利用率的新一代有机电致发光材料迫在眉睫。
与金属磷光材料相比，纯有机荧光材料虽具有低成本优势，但是受限于自旋统计中25%的S态激子利用率。目前发现有机荧光器件的激子利用效率能够突破自旋统计限制的有两类材料体系。第一种为有机共轭聚合物材料，由于高度扩展的离域体系，弱激子束缚能使器件中电子空穴复合时长寿命T态激子容易解离、重新复合，短寿命的S态激子的生成截面大于三线态生成截面，激子自旋统计失效，最终S态激子生成比例就会突破自旋统计的25%。第二种为采用T态激子转换成S态激子发光（延迟荧光，如TTA和TADF）。TTA过程为两个T1激子可以通过碰撞湮灭过程转化成一个可辐射跃迁的S1激子和一个基态S0，使T激子被部分重新利用。然而这类材料中，即使不考虑T-T猝灭、T-S猝灭等其他过程，T1激子最多可转化产率37.5%的S1激子，仍然存在较大的能量浪费。TADF则基于HOMO、LUMO空间分离的电荷转移（CT）激发态材料，由于弱电子交换作用导致非常小的S1-T1态间能级劈裂△EST，在热活化条件下实现反系间窜越RISC（T1→S1）。原理上，以上两种方式都是建立在遵循传统的激子自旋统计基础上，将大比例的T1激子转化成辐射的S1激子的过程。但是，由于有限的反系间窜越速率，在电致发光器件中累积的长寿命T1激子更容易发生T-T激子猝灭或T-S激子猝灭，导致采用以上两种材料的电致发光器件（即使掺杂）在高电流密度下效率滚降严重。因此，具有高激子利用效率的非延迟荧光材料可能成为发展具有完全自主知识产权的新一代有机电致发光材料的首选。
本论文利用量子化学计算方法，从微观的分子结构、电子结构出发，深入研究了分子的基态和激发态性质，结合实验现象，重点阐述了热激子反系间窜越的过程的发现和基本原理，影响热激子反系间窜越过程的关键因素的来源，并最终把热激子理论应用到新一代发光材料分子设计，结合杂化局域-电荷转移激发态（HLCT）电子结构优化，实现高发光效率、高激子利用效率的有机电致发光材料新体系。
实验中测得红光分子TPA-NZP具有超高的激子利用率（≈90%）但没有观测到延迟荧光现象，这与4CzIPN为代表的TADF现象有着显著的不同，我们通过理论计算对两个分子进行了基态和激发态的比较和分析最终揭示出两种完全不同的电致发光过程。以4CzIPN为代表的TADF分子中，其S1态和T1态均为CT态，存在非常小的S1态和T1态的能级差，在热活化条件下容易实现反向系间窜越，提高激子利用率，我们为其定义为“Cold”激子通道模型。不同于TADF机理，在TPA-NZP分子中，S1态和T1态均为局域（LE）态，存在非常大的S1态和T1态的能差，不适应于TADF机理。由于T2→T1大能级差（ΔET1T2）的挡板作用，导致T激子弛豫受阻，同时S2与T2的能级差很小，因此构建了高能CT激发态之间的反系间窜越通道实现了超高的激子利用，LE特征的S1态负责辐射发光，实现了激子转化与激子辐射通道完全分离，我们为其定义为“Hot”激子通道模型。因此，理论上可以同时实现高激子利用和高激子辐射发光。
进一步研究和计算了“Hot”激子通道机制中大的ΔET1T2的来源和高能激发态间能差与自旋旋轨耦合的大小对反系间窜越的贡献。首先通过对TPA-NZP分子的分开计算确定大的ΔET1T2来自于电子受体部分，然后对其受体部分NZ进行了NTOs和激发态与跃迁偶极矩的计算，发现大的ΔET1T2可能源于相邻激发态的跃迁方向不同。为验证推断的正确性进一步对一系列一维增长的并苯类分子进行能级计算，并通过跃迁偶极矩、激发态构型和性质的比较，印证ΔET1T2的确源于相邻激发态的不同的跃迁方向。接下来我们又对S-T态间的自旋-旋轨耦合进行了评估，讨论了不同激发态的性质与自旋轨道耦合大小关系，总结出HLCT态有利于自旋-旋轨耦合的增加初步结论。但是在纯有机发光材料中，自旋轨道耦合不是关键因素，S-T态小能差是反系间窜越进行的主要动力。
将“Hot”激子通道机制运用到有机荧光材料分子的设计中，验证“Hot”激子通道机制合理性和正确性的同时检验大ΔET1T2对于“Hot”激子通道重要性，并通过与实验对比总结出构建高效的“Hot”激子通道的另一个必要条件：T态中具有与大的ΔET1T2接近CT态能级是构成高效的激子通道的重要保证。另外，结合高效的HLCT态和“Hot”激子通道理论，通过优化D-A之间的结构参数：调节D-A之间的连接方式以及D-A的比例的优化实现对于发光效率和激子通道的调控，最终设计同时兼顾高的激子利用和高的荧光效率的分子。总之，热激子机制是具有完全自主知识产权的有机电致发光材料的分子设计新理念，期待用于发展低成本、高发光、高激子利用的新一代有机电致发光材料新体系。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2015【分类号】：O621.22【目录】：
摘要4-7Abstract7-15第1章 前言15-35 1.1 有机分子发光材料的发光原理15-18
1.1.1 激发态的形成与失活15-16
1.1.2 激发态分子内的物理失活过程16-18 1.2 OLEDs 的发光机理、发展现状及其存在问题18-21 1.3 高激子利用率第三代有机电致发光材料21-26
1.3.1 高激子利用率的共轭聚合物21-23
1.3.2 高激子利用率的三线态（T）反系间窜越：TADF 和 TTA23-26 1.4 电荷转移态材料在 OLEDs 中的应用26-32
1.4.1 分子内电荷转移（ICT）态27-32
1.4.1.1 影响分子内电荷转移态的因素分析27-29
1.4.1.2 扭曲的分子内电荷转移态（TICT）29-32 1.5 分子内电荷转移（ICT）态的激子特征以及存在的问题32-33 1.6 研究的意义和内容33-35第2章 量子化学理论基础和计算方法35-53 2.1 量子化学理论基础35-49
2.1.1 分子轨道理论 (MO 理论)35-39
2.1.1.1 闭壳层分子的 HFR 方程36-37
2.1.1.2 开壳层分子的 HFR 方程37-39
2.1.2 电子相关 (CI)方法39-44
2.1.2.1 组态相互作用（CI）及其近似方法40-41
2.1.2.2 微扰理论（PT）41-43
2.1.2.3 藕合簇（CC）理论43-44
2.1.3 密度泛函理论（DFT）44-45
2.1.4 含时密度泛函理论（TDDFT）45-49 2.2 计算方法49-53
2.2.1 分子内电荷转移态的计算49-51
2.2.2 轨道之间耦合系数的计算51-53第3章 高激子利用的反系间窜越新途径—“Hot”激子通道53-69 3.1 引言53-55 3.2 理论计算方法55-57
3.2.1 计算方法（泛函）的选择55-57
3.2.2 计算基组的选择57 3.3 结果与讨论57-67
3.3.1 基态几何结构和前线轨道57-59
3.3.2 激发态的跃迁特征59-62
3.3.3 激发态的能级分布62-63
3.3.4 “Cold”激子通道和“Hot”激子通道63-67
3.3.4.1 以 4CzIPN 分子为代表的“Cold”激子通道发光机制64-65
3.3.4.2 以 TPA-NZP 分子为代表的“Hot”激子通道发光机制65-67 3.4 本章小结及未解决的几个问题67-69
3.4.1 本章小结67-68
3.4.2 待解决的问题68-69第4章 “HOT”激子通道形成的关键因素—大ΔET1T2与小ΔEST69-85 4.1 引言69-70
4.1.1 三线态中大的能级差（Tm→Tm-1）的研究背景69-70 4.2 TPA-NZP 分子中ΔET1T2的来源70-72 4.3 理论计算方法72-74
4.3.1 计算方法（泛函）和基组的选择72-73
4.3.2 其他计算方法73-74 4.4 结果与讨论74-83
4.4.1 一维增长的并苯类分子激发态的能级的研究74-79
4.4.1.1 T 态能级分布74-75
4.4.1.2 跃迁偶极矩方向75-76
4.4.1.3 激发态 NTOs 和轨道跃迁特征76-77
4.4.1.4 激发态构型比较77-79
4.4.2 小ΔEST与旋轨耦合对“Hot”激子通道的贡献比较79-83 4.5 本章小结83-85第5章 高效率的“Hot”激子通道的构筑及用于高激子利用和高发光的有机荧光材料分子设计85-107 5.1 基于“Hot”激子通道的分子设计与实验结果85-87 5.2 构筑高效的“Hot”激子通道的理论研究87-94
5.2.1 计算方法和基组87
5.2.2 构筑高效的“Hot”激子通道87-94
5.2.2.1 大的ΔET1T2是高效的“Hot”激子通道的基础87-88
5.2.2.2 三重态中接近大的ΔET1T2的 CT 态是高效的“Hot” 激子通道88-94 5.3 兼顾高激子利用率和高荧光效率分子设计思路94-104
5.3.1 高效的杂化的局域与电荷转移态（HLCT）态94-96
5.3.2 扭转角对于 HLCT 性质及能量差的影响96-100
5.3.3 优化 D-A 结构实现兼顾高激子利用率和高荧光效率的分子设计100-104
5.3.3.1 改变 D-A 之间的连接方式101-102
5.3.3.2 改变 D-A 的数目102-104 5.4 本章小结104-107第6章 结论107-109参考文献109-123作者简介123攻读博士期间的学术论文123-127致谢127-128
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【参考文献】
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杨兵;马於光;;[J];中国科学:化学;2013年11期
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丁桂英;常喜;汪津;姜文龙;欧阳新华;;[J];光电子.激光;2013年10期
邓继勇;刘煜;谭华;黄先威;黄赛金;朱卫国;;[J];材料研究学报;2013年05期
王英杰;刘梅怡;高加力;;[J];分子科学学报;2013年06期
代水星;陈欢;林正欢;凌启淡;;[J];高分子通报;2014年03期
王志明;宋晓慧;李辉;冯颖;路萍;;[J];高等学校化学学报;2014年03期
杨东杰;伍晓蕾;昌娅琪;邱学青;陶家媛;;[J];高分子学报;2014年04期
龚文亮;熊祖劲;朱明强;;[J];影像科学与光化学;2014年01期
邵晶;赵鑫;林朝阳;翟荣佳;尹妮;;[J];材料科学与工程学报;2014年01期
王志明;冯颖;李辉;宋晓慧;路萍;;[J];高等学校化学学报;2014年08期
杨科;张艳;徐建华;;[J];影像科学与光化学;2014年05期
中国重要会议论文全文数据库
徐丹;陈先阳;王曙光;;[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年
周合江;征甲甲;张波;虞梅芳;高兴发;陈春英;卫涛涛;;[A];第十一届全国博士生学术年会（生物医药专题）论文集（下册，墙报P25-P48）[C];2013年
马於光;;[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会：光电功能器件[C];2014年
马於光;;[A];2014年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会摘要集[C];2014年
Cheng-Xing CYa-Jun L;[A];中国化学会第十二届全国量子化学会议论文摘要集[C];2014年
Ren FJia jia SJi-Jun ZXiangwen ZLi W;[A];中国化学会第十二届全国量子化学会议论文摘要集[C];2014年
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王建;[D];吉林大学;2011年
慈成刚;[D];吉林大学;2011年
闵春刚;[D];吉林大学;2011年
孙文明;[D];山东大学;2011年
赵强;[D];山东大学;2011年
魏帆;[D];清华大学;2010年
李昕;[D];华东理工大学;2011年
高媛媛;[D];华东理工大学;2011年
耿允;[D];东北师范大学;2011年
李鸿志;[D];东北师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库
侯聪;[D];吉林大学;2011年
周静;[D];大连理工大学;2011年
李强;[D];上海交通大学;2012年
闫文艳;[D];东北师范大学;2011年
邓崇海;[D];安徽大学;2005年
陈洪斌;[D];吉林大学;2006年
祝颖;[D];吉林大学;2006年
徐丹;[D];上海交通大学;2007年
荣春英;[D];湖南师范大学;2007年
韩冰;[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2012年
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杨洪涛;额尔敦朝鲁;冀文慧;;[J];发光学报;2007年06期
常俊标,陈荣峰,王强,刘澎,潘锡平,于德泉;[J];化学学报;2000年05期
李兰兰;杨家瑜;崔苗苗;尹世伟;;[J];中国科学:化学;2012年08期
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汤叔楩;;[A];中国物理学会静电专业委员会第十三届学术年会论文集[C];2006年
曹昌祺;;[A];第九届全国量子光学学术报告会摘要集（Ⅱ）[C];2000年
徐士杰;;[A];2013年（第五届）西部光子学学术会议论文集[C];2013年
于暹;郑纪文;刘国兴;陈克良;;[A];第九届全国核物理大会论文摘要汇编[C];1994年
梅增霞;张希清;衣立新;赵谡玲;王晶;李庆福;韩建民;;[A];第九届全国发光学术会议摘要集[C];2001年
杨少鹏;张雪峰;杨雅茹;赵谡玲;徐征;宋丹丹;李艳蕊;李庆;庞学霞;;[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
吴建军;张晓华;王煜;王英特;晋卫军;;[A];第八届全国发光分析暨动力学分析学术研讨会论文集[C];2005年
熊祖洪;雷衍连;陈平;刘荣;张勇;;[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
潘玉钰;李维军;杨兵;马於光;;[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第15分会：理论化学方法和应用[C];2014年
惠萍;;[A];中国科协2005年学术年会论文集——核科技、核应用、核经济论坛[C];2005年
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冯卫东;[N];科技日报;2008年
刘霞;[N];科技日报;2012年
刘霞;[N];科技日报;2010年
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郭子政;[D];内蒙古大学;2004年
吴勇;[D];复旦大学;2007年
潘玉钰;[D];吉林大学;2015年
师全民;[D];北京交通大学;2009年
邹炳锁;[D];南开大学;1993年
赵国军;[D];内蒙古大学;2003年
赵东旭;[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2002年
张传意;[D];南京大学;2014年
哈斯花;[D];内蒙古大学;2008年
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张冰;[D];河北师范大学;2009年
王智斌;[D];北京交通大学;2009年
陈少波;[D];重庆大学;2014年
刘超;[D];广州大学;2008年
王宁;[D];河北师范大学;2012年
张红;[D];河北师范大学;2007年
陈传慧;[D];山东大学;2012年
王晓磊;[D];浙江师范大学;2012年
朱会彩;[D];河北师范大学;2010年
徐子欢;[D];北京邮电大学;2010年
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