基于羰基和硅杂吖啶的蓝光聚集诱导延迟荧光材料的合成、性质与应用

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有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)具有柔韧性、自发光、响应时间短等优点,被广泛用于平板显示和白光照明。在OLED应用中,蓝光材料具有不可或缺的作用,它可以作为发光材料直接发光,也能够作为主体材料将能量转移至其他发光分子。但是,蓝光材料固有的宽带隙和高能量会导致器件的效率和稳定性不高,这极大地限制了OLED的商业应用。近年来,聚集诱导延迟荧光(Aggregation-Induced Delayed Fluorescence,AIDF)材料结合了聚集诱导发光和热活化延迟荧光材料的优点,受到了广泛的关注。然而,已报道的蓝光AIDF材料仍然很少。羰基作为电子受体被广泛用于发光材料的设计,它具有强的自旋轨道耦合作用来促进系间窜越过程,因此在本论文中选用羰基作为吸电子核。此外,我还选用了硅杂吖啶(DPDBA)作为给体,其中硅原子的引入能够降低给体的给电子能力,从而实现发光蓝移。具体的研究工作如下:在第二章中,我设计并合成了两个基于呫吨酮和DPDBA的蓝光分子(XT-DPDBA和XT-BDPDBA),并对这些材料进行了系统地表征。这两种分子都表现出明显的AIDF性质,并且具有较高的固态光致发光量子产率、优秀的热稳定性和平衡的载流子传输性能。它们还表现出力致变色(Mechanochromic Luminescence,MCL)性质,其本质是准轴和准赤道构象之间的转换。由于准赤道构象具有较小的单重态-三重态能级差,因此表现出延迟荧光特性。基于XT-BDPDBA的OLED器件实现了高达27.0%的最大外量子效率(External Quantum Efficiency,ηext),同时具有较小的效率滚降。这些具有MCL性质的蓝光AIDF分子在各种光学和电子器件中具有良好的应用潜力。在第三章中,我设计并合成了两个由DPDBA给体和甲基呫吨酮组成的分子(MXT-BDPDBA和DMXT-BDPDBA),并对两个分子进行了系统地表征。它们同样具有典型的AIDF性质以及良好的热稳定性和电化学稳定性。通过光物理测试、理论计算和晶体结构分析发现甲基会抑制准轴构象的生成,使分子具有稳定的发射光谱。将两个分子作为发光层制备了非掺杂和掺杂OLED,所制备的器件均表现出良好的性能。与XT-BDPDBA相比,这些器件的电致发光光谱明显蓝移,可以达到460 nm。其中MXT-BDPDBA的非掺杂OLED的最大ηext高达12.4%,效率滚降很小。掺杂后,其最大电流效率、功率效率和ηext分别可以达到33.0 cd A-1、34.5 lm W-1和19.7%。在第四章中,我选用DPDBA和咔唑衍生物作为给体、苯甲酮为受体,构筑了一系列D-A-D′型AIDF发光材料(CP-BP-DPDBA、DCB-BP-DPDBA和CBP-BP-DPDBA)。通过实验测试发现这三个分子均具有显著的AIDF性质,且在掺杂薄膜中具有较高的光致发光量子产率。将这些材料用于OLED器件发光层,掺杂器件的ηext最高可达14.8%,发光峰在474~476 nm。此外由于这些AIDF分子具有良好的双极载流子传输性能,将其作为主体材料制备了不同光色的磷光OLED器件。这些器件表现出极为优秀的性能,其中黄光和绿光器件最大亮度均突破100000 cd m-2,ηext分别为25.5%和21.2%,在1000cd m-2亮度下效率滚降非常小。而蓝光和红光器件的ηext也能够达到20.2%和16.7%,最大亮度为28677 cd m-2和19063 cd m-2。以上结果表明,所制备的AIDF分子可以分别作为发光材料和主体材料用于高性能OLED器件的制备,具有很好的应用前景。
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