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材料科学中的光电功能材料

光电功能材料是一种特殊的材料，即这些材料是同时具有光学

和电学特性。由光电功能材料制成的电子器件可以在光和电场的

作用下产生不同的功能，这些器件的作用涉及到了各个方面，例

如太阳能电池板、光电放大器、激光器等等许多应用。这些应用

的成功离不开材料科学中的光电功能材料。本文将会对该领域做

一个简单的介绍，其中还将会介绍一些典型的光电功能材料以及

其应用。

1、光电功能材料的研究历史

20世纪60年代初，光电功能材料的概念被提了出来。当时，

科学家尝试着将一些有机物质溶解于聚合物中，将其制成导电材

料，获得了理想的效果。20世纪70年代，固态电池和诊断用传感

器的研究开发需要使用新型的光电器件，为相关科学技术的研究

和发展打下了基础。20世纪80年代初，由于硅基材料的发展出现

了瓶颈，各国的材料科学家开始投入到有机无机混合材料和高分

子材料的研究中，并自此形成了新型的光电功能材料。

2、光电功能材料的分类

一般来讲，光电材料可以分为以下三类：

（1）自然光电材料：这类材料可以巧妙地把光电相互作用的

机制应用在材料的制备中。以煤炭为例，喜树碱是一种广泛存在

的天然物质，其化学结构中含有各种天然色素和电子供体，能够

通过光电转换将太阳能转化成为化学能，实现太阳能的利用。

（2）有机/无机混合材料：这类材料由有机物和无机物共同合

成而成，能够合并有机和无机物质的优异性质。无机物质可以提

供优异的光学特性，而有机物质则可以提供电学性质，实现了材

料中显著的光电特性。

（3）高分子材料：这类材料通常是指材料中含有大量的高分

子，例如塑料。在晶体结构中同样存在着电子轨道的存在，这类

材料因此也可以表现出光电特性。常见的应用包括为激光器引入

新型的材料、光纤等器件。

3、典型的光电功能材料

（1）发光材料：作为LED、显示器及照明器件的重要组成部

分，发光材料被研究和改良着，其应用市场的繁荣使人们对其制

备进行了长期的探究。其中，发光材料可以分为单晶、微米级发

光颗粒、发光塑料等三大类。

（2）晶体体材料：晶体体材料在太阳能电池板、激光器等众

多器件中都可以发挥重要作用。对于这类材料，一般要求他们具

有优异的电学、光学及机械性能。

（3）多元复合材料：杂质中常常含有多种有机物，这些物质

会导致杂质具有优秀的光电特性。因此，杂质是制备多元复合材

料的重要方法，这类材料可以作为防伪印刷、传感器、光致变色

等方向的基础材料。

4、光电功能材料的应用

（1）太阳能电池板：太阳能电池板是当今颇为流行的复合材

料之一，其中的太阳电池板就是利用了微观结构、材料表面状态

的变化及其光电方式来实现整个太阳能发电系统的实现。

（2）激光器：激光器是一种基于同种或不同种材料发射强光，

利用材料之间的能级来实现放大的光学装置，而这，也是利用光

电材料的优异性能实现的。

（3）光电放大器：光电放大器是一种通过光电效应来实现放

大效果的器材，因为可以通过光、电对其进行控制，因此这类器

具被广泛应用于通讯设备领域。

总之，光电功能材料作为一种独特的材料而受到了广泛的关注

和研究，为科技领域的各个方向发展提供了不可替代的重要支撑。

这些材料的研究将不断推动着科技的发展，产出一些更加出色、

高效的新型器材，推动了科技的进步。未来，这一领域的研究将

会不断得到深入的探究，最终实现对材料与功能的完美结合。