多位阻芘基蓝光材料及其柔性发光聚合物复合薄膜

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随着塑料电子学的飞速发展,用于制备塑料电子的柔性材料得到了广泛研究。与传统的无机半导体相比,有机聚合物半导体材料具备较低的的杨氏模量所以在可拉伸电子器件方面有着较大的应用潜力。然而,随着人类需求的日益提升,形变量较小的有机聚合物半导体材料制备的电子器件已经不能满足日益复杂的应用范围。荧光分子和聚合物形成的复合材料在满足器件性能的同时又具备较大的形变量,而且荧光分子和聚合物的复合可以有效抑制分子聚集,进而可以达到发光增强的效果,这为塑料电子学的可持续发展提供了一种新的解决方案。本文设计并合成了四种蓝色荧光材料(PF-Py,DPF-Py、TPF-Py和FPF-Py),并且将不同聚集态的蓝色荧光材料与聚合物复合成膜,探究了形变对复合薄膜光物理行为的影响。主要研究内容如下:(1)基于Friedel-Crafts反应设计并合成了四种多位阻芘基蓝光材料(PF-Py,DPF-Py、TPF-Py和FPF-Py),通过重沉淀方法制备了PF-Py,DPF-Py和FPF-Py的纳晶。在溶液、旋涂薄膜和纳晶状态下对PF-Py、DPF-Py和FPF-Py的量子效率分别进行了测试,结果表明,这三种分子在纳晶状态下的PLQY相较于旋涂薄膜分别增强了189%、110%、18%,说明它们在晶体状态下能够有效抑制分子间的聚集猝灭,从而提高PLQY,证明PF-Py、DPF-Py和FPF-Py具有结晶诱导发光增强的性质。(2)通过将PF-Py和DPF-Py的粉末和纳晶掺入到聚二甲基硅氧烷(PDMS)中制备了四种复合薄膜,分别为:PF-Py粉末和PDMS复合薄膜、PF-Py纳晶和PDMS复合薄膜、DPFPy粉末和PDMS复合薄膜、DPF-Py纳晶和PDMS复合薄膜,并探究了复合薄膜的形貌、光物理和力学性质。结果表明5 wt%掺杂浓度的PF-Py纳晶复合薄膜形貌最平整均匀,与未拉伸的本征复合薄膜相比,90%的拉伸形变的复合薄膜荧光强度平均增强了30倍,与弯曲相比,拉伸能抑制复合薄膜中分子团簇的聚集程度使其发光增强和荧光量子效率增加。通过表征PFPy纳晶复合薄膜的力学性能发现,相较于未掺杂纳晶的纯PDMS膜的杨氏模量(2.03 Mpa),10 wt%的纳晶掺杂量的复合薄膜的杨氏模量提高到2.25 Mpa,这表明纳晶的掺杂可提高复合薄膜的杨氏模量。(3)通过将PF-Py和DPF-Py的粉末和纳晶与水溶性聚乙烯醇(PVA)复合制备了四种薄膜,探究了水相成膜的制备工艺及复合薄膜不同受力下的光物理行为。研究表明,在PF-Py纳晶含量为3 wt%,39°C的条件下,复合薄膜的形貌最平整均匀,在此条件下成功制备了大面积的复合薄膜并通过折纸工艺实现了薄膜图案化。在复合薄膜的荧光性质方面,与弯曲相比,四种复合薄膜在30%的拉伸形变下相比于本征的复合薄膜的荧光强度均有不同幅度的增加,这再一次证明可以通过拉伸形变抑制分子团簇的聚集程度,从而导致发光增强。综上所述,本文通过Friedel-Crafts反应合成了四种多位阻芘基蓝光材料,并将无定型和纳晶的芘基材料分别与硅基聚合物和水系聚合物复合成膜,探究了复合薄膜的成膜工艺以及复合薄膜中芘基分子团簇的聚集对其荧光强度的影响。该研究为提高分子的发光强度提供了一条新思路。
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