与小分子二极管器件复杂繁琐的蒸镀制备工艺相比,聚合物二极管器件在制备过程中采用的是简单低成本的溶液加工法,例如旋涂和喷墨打印等方法,这个优点非常有利于二极管器件的发展和商业化应用。随着聚合物二极管器件的发展,对聚合物半导体材料的性能提出了更高的要求。乙烯基π-堆积聚合物,例如聚乙烯基咔唑(PVK)因其具有独特的堆积构象、好的空穴传输性能以及高的三线态能级(Er)等特征,可作为主体材料或者传输材料等应用于光电子器件。为进一步拓展π-堆积聚合物在光电子器件领域的应用,我们运用小组提出的位阻功能化设计新型π-堆积聚合物半导体材料的理念即将含有位阻效应的功能基团引入到π-堆积聚合物,有效调节聚合物的电子结构、堆积构象以及热力学和形态学稳定性等,设计并合成了一系列新型位阻功能化的π-堆积聚合物主体材料应用于聚合物磷光器件(PPLEDs)和电双稳态材料应用于存储器件。主要研究内容和结果如下:1.除了PVK,还没有其他的π-堆积聚合物主体材料得到报道。我们首次提出利用位阻功能化设计π-堆积聚合物主体材料的理念,基于PVK设计并合成位阻功能化的π-堆积聚合物,聚(3-(9-苯基芴基)-乙烯基咔唑)(PVPFK),作为主体材料应用于可溶液加工的电致蓝色磷光器件。通过对PVPFK的UV、PL、TGA、DSC和CV的表征,含有3D Cardo基团的9-苯基芴(PFM)引入到π-堆积聚合物PVK中可以有效地改变其光物理、热力学和电化学等性能。通过光物理性质研究发现PVPFK有较高的Er为2.80eV,且PVPFK与蓝光配体材料双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(FIrpic)之间可以进行有效的能量转移。故PVPFK和PVK分别作为主体材料与FIrpic掺杂制备出来的PPLEDs进行对比,PVPFK的器件整体显示出较高的器件性能。PVPFK的器件具有较低的启动电压为6.1V,较高的最大电流效率为14.2cd/A,较高发光亮度为13287cd/m2,以及较好的色坐标。可见位阻功能化的PVK比PVK更适合作为蓝色PPLEDs的主体材料。2.为进一步合成新型位阻功能化的π-堆积聚合物主体材料,我们将小分子主体材料中的明星基团,三苯基硅基团,作为位阻基团引入π-堆积聚合物PVK的侧链,获得了高Er的聚合物主体材料,聚(3-三苯基硅-乙烯基咔唑)(PVKSi)。通过光物理性质和电化学性质研究发现PVKSi的Er为2.98eV, PVKSi与蓝光客体材料FIrpic之间可以进行有效的能量转移,且PVKSi相对于PVK和PVPFK来说,电子传输性能得到很大的改善。因此PVKSi可以作为FIrpic的主体材料。然而由于成膜性不佳的问题限制了PVKSi其单独作为主体材料应用于蓝光PPLED中,但是如果将PVKSi与PVK进行掺杂作为混合主体材料应用于PPLEDs中能够将PVKSi优点发挥,比单独的PVK更适合作为蓝色PPLEDs的主体材料。3.我们对三联芴位阻功能化的π-堆积聚合物蓝光材料PVK-TF的光物理性质进行了研究,发现PVK-TF的Er高于红光材料二[2-(2-苯并-4,5-α-噻吩)吡啶]乙酰丙酮铱(Ir(btp)2(acac))之间的Er,且与Ir(btp)2(acac)之间有较好的能量转移,因此PVK-TF可以作为Ir(btp)2(acac)的主体材料。进一步将PVK-TF作为蓝光材料又作为主体材料与Ir(btp)2(acac)进行主客体掺杂应用于磷光器件,通过控制它们的掺杂比例实现白光发射。并通过改变器件的电子传输材料进一步优化器件,实现了器件的效率的提高,白光器件的色坐标为(0.378,0.387),其最大亮度为15723cd/m2,最大电流效率10.69cd/A,最大流明效率为4.80lm/W。4.在众多电致阻变机制中,构象诱导机制是设计聚合物电存储材料重要借鉴方法之一。我们基于前期的工作基础,将9-吡啶芴基团引入PVK,设计合成了位阻功能化的π-堆积聚合物,聚(3-(9-吡啶芴)-乙烯基咔唑)(PVKPy)。PVKPy展现出优异的热力学和形态学稳定性。PVKPy和PVPFK的存储器件均展现出闪存存储性能,由于PVPFK存储器件的空穴注入能垒较小,PVPFK存储器件的闽值电压(0.34eV)小于PVKPy(0.55eV)存储器件的闽值电压。PVKPy器件ON/OFF开关比高达104高于PVPFK器件的ON/OFF开关比(103),可见PVKPy存储器件比PVPFK存储器件更具有实际应用价值。PVKPy存储器件持续时间高达104s,在1.5V的电压下器件读写循环次数高达105,可见其器件有很好的稳定性。构象诱导机制可以用来解释PVKPy和PVPFK的电开关行为。5.含有好的热力学稳定性,且可以实现闪存存储性能的功能化的聚苯乙烯(PS)还没有报道。基于PS设计合成了位阻功能化的π-堆积聚合物存储材料,聚(4-(9-苯基芴)苯乙烯)(PPFS)。含有9-苯基芴位阻基团的PPFS展现出优异的热力学和形态学稳定性、稳定的π-堆积构象以及合适的能带(4.18eV.)。PPFS的存储器件展现出闪存存储性能,其器件ON/OFF开关比达104,持续时间高达104s,在1.5V的电压下器件读写循环次数达105,而PS的器件却没有任何存储性能。我们认为PPFS的存储机制是PPFS的构象变化诱导电开关行为的产生,即位阻基团9-苯基芴引入到PS上后,PS的不稳定构象动力学得到了改善,当PPFS器件在无电场作用下,分子内基团间的排布是无序的,器件处于OFF态。当在电场的作用下,PPFS的分子内的相邻基团间可以通过π-π堆积排列形成更加有序稳定的构象,从而使器件从OFF态转变到ON态。