新型p-n共轭发光材料的设计、合成与表征

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有机电致发光器件属于载流子双注入型发光器件,是注入的电子与空穴在有机物中复合并通过辐射去激活产生发光。因此器件性质将得益于材料中载流子注入、传输的平衡。聚芴及其衍生物(PFs)、结构规整的寡聚芴(oligofluorene)是极具开发前景的蓝光材料,已被广泛用于发光器件的研究。其具有良好的化学与热稳定性,以及高效的固态荧光量子效率。但是目前的研究表明,这类材料也有一些缺点,主要表现为在固体薄膜状态下易于聚集,形成激基缔合物,这会导致发光谱带红移,同时发生荧光淬灭,电致发光效率降低等。 本论文的工作是在充分调研了文献以后,结合课题组前期工作与积累,以及关于共轭发光聚合物和支化聚合物的研究成果,设计合成了一系列发蓝光的超支化聚合物和星形寡聚物。主要包括两个部分的工作。 第一部分,超支化聚合物的合成与表征。常用的合成超支化的方法为"A2+B3”与“AB2”法,在本论文中提出了一种新的方法“A2+A2’+B3”法,通过Suzuki偶联聚合,成功地合成了超支化聚芴。巧妙地把嗯二唑、三嗪这类缺电子的基团作为超支化的核引入聚芴中。从电化学测试结果来看,引入缺电子基团后,材料的LUMO能级相对于已经报道的聚芴的LUMO能级有所下降,其值更接近于阴极材料的功函数。由此可见,材料的电子传输性能确实得到了改善。超支化聚芴材料的光致与电致发光谱图表明,聚合物具有稳定的发光性质。其固体薄膜经高温下长时间退火后,发光性质仍保持稳定,没有红移现象,即使在空气气氛中也是如此。通电后,器件的EL谱也与光致发光谱基本相似,没有新的发绿光的峰产生。这表明,聚芴在引入超支化的核形成体积较大的超枝化结构后,分子间聚集,形成激基缔合物,导致发光谱带红移,发光效率下降的缺点被有效地克服了。 第二部分,星形寡聚物的合成与表征。共轭寡聚物有很规整的共轭长度与结构,易于提纯,没有分子缺陷。这使得寡聚物比共轭聚合物更利于用来探讨结构与性能间的关系。目前为止,多数已报道的寡聚物都是直线形的结构。本论文为了达到调节、改善载流子的输入平衡性,同时避免共轭分子间聚集以及激基缔合物形成的目的,设计了一系列星形结构的寡聚物分子。通过Suzuki偶联反应成功地合成了目标寡聚物分子,其具有独立的p型链与n-型链。根据理论计算的结果,发现分子的HOMO能级都聚集在P-型寡聚芴的支链上,而LUMO能级聚集在n-型嗯二唑的支链上,HO与LU轨道仅在中间的一个苯环上有交叠。并且能够通过改变芴与噁二唑的长度,来调节星形寡聚物的HOMO与LUMO能级。这一部分工作提出了一种研究、改善p-n半导体寡聚物电子、空穴传输性能的方法。
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