二氧化钛纳米管的制备和结构性能表征以及在有机电致发光器件中的应用

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有机电致发光器件因有机材料选择范围宽,原料便宜,制作工艺简单,可以制作在柔性衬底上,主动发光,无视角依赖性,响应速度快,能耗低,低压直流驱动且可以和集成电路相匹配,发光亮度高,易于实现多色(彩色)大面积平板显示等显著特点而拥有广阔的应用前景。然而目前有机电致发光仍存在一些缺点,比如有机材料的载流子迁移率较低,热稳定性较差,而且器件的发光效率还相当低。随着纳米科技的发展,人们可以制备出不同维度和尺寸的无机纳米材料,这些材料因其特殊的结构特征而具有各自优异的光电性能。在本文中,针对有机电致发光器件存在的问题,利用一维二氧化钛纳米管对其器件性能进行了改善。本论文共分七章,第一章是有机电致发光研究的总结;第二章是对人们利用无机纳米材料改善有机电致发光器件性能的工作所做的回顾;第三章描述了TiO2纳米管的制备和结构及性能的表征;第四章研究了掺杂TiO2纳米管后对PVK载流子传输性能和发光特性的影响;第五章研究了TiO2纳米管对掺杂荧光染料的聚合物电致发光器件的影响;第六章研究了TiO2纳米管对基于MEH-PPV的有机电致发光器件性能的影响;最后一章是对本论文工作的总结。 本文首先总结了有机电致发光的进展,指出了研究中存在的问题,然后对利用无机纳米材料对有机电致发光器件性能的改进进行了总结。为了解决有机电致发光研究中的问题,作者首次利用具有P型导电和强光致发光性能的TiO2纳米管对器件的载流子迁移率,发光效率,器件稳定性及起亮电压分别进行了改善。在第三章中对TiO2纳米管的合成及结构和性能进行了详细的表征。通过TEM,XRD,Raman,IR,DSC和PL的测试,分析了TiO2纳米管的形成机理和结构特征。获得了TiO2纳米管的强光致发光,指出其来源为存在于管状结构中的Ti-OH复合物,同时管状结构破坏了材料的平移对称性,改变了能级结构,增强了发光效率。第四章研究了掺杂TiO2纳米管对聚合物PVK传输性能和发光效率的影响。用Child公式对器件的电流-电压曲线进行了拟合,计算了掺杂前后聚合物载流子迁移率的变化。以此复合膜作为空穴传输层,不仅增大了器件的导电性,而且降低了器件的起亮电压同时器件的最大亮度和效率分别提高了一个量级和两倍。在此基础上,又利用复合膜做为发光层同样得到了亮度和发光效率改善的器件。另外在对器件的电致发光和光致发光光谱的分析中,可以看出掺杂前后迁移率的变化对复合区域的影响。 第五章主要研究了掺杂TiO2纳米管对荧光染料掺杂的聚合物体系载流子传输性能和发光效率的影响。在复合体系中,具有相对较大介电常数的TiO2纳米管的加入,引起的屏蔽效应导致了荧光染料发光峰位蓝移。另外TiO2纳米管掺杂浓度的增大荧光染料的发光强度也随着增强,当掺杂浓度超过10wt%时,则由于过多的TiO2纳米管破坏了有机膜的结构,增大了材料的无序度,从而造成了发光强度的降低。掺杂TiO2纳米管后,聚合物的载流子迁移率增大,注入势垒降低。第六章则研究了掺杂TiO2纳米管对基于MEH-PPV的电致发光器件的影响。我们将TiO2纳米管掺杂进入空穴缓冲层PEDOT中,通过抑制MEH-PPV和PEDOT之间的化学相互作用,使淬灭MEH-PPV激子发光的缺陷态数目减少,显著增大了器件的发光效率(从未掺杂TiO2纳米管器件的1.3cd/A到掺杂器件的2.6cd/A)。另一方面TiO2纳米管和PEDOT上的噻吩基团之间存在强相互作用,而这种作用减小了PEDOT的空穴传输能力,对于有机电致发光器件来说载流子的注入更平衡了,因而也是器件效率增大的因素之一。另外将TiO2纳米管掺杂到聚合物基质材料MEH-PPV中,得到了TiO2纳米管的蓝光发射。在对TiO2纳米管和MEH-PPV混合膜的光致发光研究中,发现随着TiO2纳米管掺杂浓度的增加,MEH-PPV聚集态的发射强度也在不断增强,这是由于大量MEH-PPV分子缠绕在TiO2纳米管表面和进入到TiO2纳米管内的缘故,因为更舒展的分子构型增大了MEH-PPV长链之间的相互作用。 最后一章对本文的工作进行了系统的总结。
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