基于热活化敏化荧光机制的材料与器件研究

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热活化敏化荧光(thermally activated sensitized fluorescence,TSF)是利用热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)主体的反向系间窜越实现三线态(T1)上转换,之后将能量通过F(?)rster过程(F(?)rster energy transfer,FET)传递到传统荧光染料(conventional fluorescent dopant,CFD)发光的机制。由于能够结合TADF主体高激子利用率和CFD高发光效率、高色纯度的优势,TSF备受关注。然而,实际工作中TSF仍存在激子损失使器件效率难以提升。针对上述问题,本论文从材料设计和器件结构优化入手,揭示了TSF体系中TADF主体到CFD的Dexter能量传递(Dexter energy transfer,DET)这一激子损失途径,提出了引入外围惰性位阻基团抑制DET的分子设计策略和多通道敏化荧光从源头抑制DET且增强FET的器件调控机制,并利用上述策略成功制备了高色纯度的高效敏化荧光器件,为设计高性能荧光器件开辟了新途径,推动了该技术的产业化进程。具体如下:1.含惰性位阻基团的染料与主体及其器件:针对DET需能量给受体间近距离接触与分子轨道有效重叠的要求,设计合成了具有不同尺寸外围惰性位阻基团的CFD和主体,对DET加以调控。揭示了TSF体系中TADF主体到CFD的DET这一能量损失途径,提出了引入外围惰性位阻基团在传递过程中对DET加以抑制的分子设计策略,使器件效率相对提升45%。2.基于多通道敏化荧光机制的材料及其器件:利用TADF主体敏化TADF材料,形成多重反向系间窜越调控TADF材料激子动力学,证明了其使体系中T1上转换为单线态(S1)的高效性,实现了基于TADF染料绿光器件10000 cd m-2下文献报道的最高外量子效率(external quantum efficiency,EQE)达24.8%。进一步,将多重反向系间窜越引入TSF体系提出了在源头抑制DET且增强FET的多通道敏化荧光策略。并设计合成新型TADF主体证明了多通道敏化荧光的形成与优势,首次实现了EQE>23%的TSF器件。3.高色纯度荧光材料及其器件:高色纯度的高效敏化荧光器件受限于窄光谱CFD和由其导致的载流子易捕获问题。在经典氟硼二吡咯类染料外围引入惰性位阻基团开发了新型窄光谱CFD。并调控载流子复合位置形成多通道敏化荧光,成功制备了高色纯度的高效敏化荧光器件,其光谱半峰宽仅32 nm且EQE高达19.0%。
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