Beq2和BeBq2有机小分子晶体的制备及体系研究

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有机小分子半导体材料主要是由C、H、O、N等轻元素组成,并且元素之间的轨道耦合作用弱,自旋弛豫时间极长,并且由于其优异的光电特性、柔韧性好、制备简单、性质可化学修饰、以及结构可塑性强等特点越来越受到人们的关注,近年来被广泛地应用于有机电子器件的研究与开发当中。其中,有机小分子八羟基喹啉金属配合物和双(10-羟基苯并[H]喹啉)配合物,结构简单,制备方便,由于其良好的热稳定性及高荧光量子效率等优异的光电特性在有机发光二极管及有机自旋阀等有机电子器件中得到极为广泛的应用。  目前实验所测得的有机小分子材料的迁移率和发光效率远远低于理论预期,其原因可能在于目前制备的有机电子器件中的有机层多为真空蒸镀或者旋涂制成的薄膜,这类无定形态的薄膜为非晶或者微晶结构,内部存在着大量的缺陷、杂质等,极大地降低了器件的迁移率、自旋扩散长度和发光效率。而有机小分子半导体晶体材料其内部分子排布有序、结构稳定、具有较高的迁移率和发光效率,有利于提高相关有机电子器件的性能及研究材料的本征物理性质。  为提高有机小分子半导体材料的发光效率和迁移率,进而提高有机发光器件和有机自旋电子器件的性能,我们提出了制备高质量的有机小分子半导体晶体,从而为制备高质量的微纳尺寸单晶或晶体有机自旋电子器件或有机发光器件提供材料基础和理论支持。本文选择具有优异光电性质的有机小分子材料八羟基喹啉铍(Beq2)和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2),通过三种不同的方法:物理气相传输法(PVT)、物理气相沉积法(PVD)、溶液法,制备出了高质量的微纳米级有机晶体,并研究了其结构及性质,而且比较了薄膜与晶体在不同温度下的发光性能差异、不同衬底对薄膜发光性能的影响。  主要研究内容及结果如下:  一、利用物理气相传输法(PVT),选择高纯氩气作为载气,制备出了高质量多种类的八羟基喹啉铍(Beq2)和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)晶体,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱我们研究了晶体的质量及分子结构。通过光致发光谱的变温测试,我们研究了晶体的光学性能。八羟基喹啉铍棒状晶体的发光峰位于507nm-516nm之间,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍块状晶体的发光峰位于501nm-510nm之间,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍十二面体晶体的发光峰位于508nm-512nm之间,发光峰位波长均属于绿光范畴。通过CIE1931色度坐标图,详细研究比较了它们的发光的峰位与发光色度单一性等性质。  二、利用物理气相沉积法(PVD),以高纯氩气(Ar)作为生长氛围,制备出了八羟基喹啉铍(Beq2)和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)晶体,两者的晶体尺寸都为微米级,而且都是呈片状结构,生长规律比较一致,晶体出现一定的致密堆积现象,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱我们研究了晶体的质量及分子结构。通过光致发光谱的变温测试,我们研究了晶体的光学性能。八羟基喹啉铍片状晶体的发光峰位于501nm-507nm之间,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍片状晶体的发光峰位于513nm,发光峰位波长均属于绿光范畴。  三、采用溶液法,制备了双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)晶体。选择氯仿作为有机溶剂,配置了三种不同浓度的双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍溶液。实验过程中以四氢呋喃作为双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍晶体的生长氛围,随着氯仿的挥发,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍分子自组装生成六面体晶体。并对晶体的形貌、结构以及光学性质进行了测试,结合实验结果,我们对其可能的生长机理进行了分析。  四、运用真空有机热蒸发镀膜设备,分别在玻璃衬底,Si衬底,SiO2衬底上制备了八羟基喹啉铍(Beq2)薄膜和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)薄膜,测试了其透过谱和光致发光谱(PL),通过测试结果可知,八羟基喹啉铍的光学带隙值为2.75ev,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍的光学带隙值为2.75ev。通过比较,常温300K下八羟基喹啉铍薄膜在SiO2衬底上的发光强度明显优于在Si衬底上,双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍薄膜在Si衬底上发光单一性强,而且发光强度高;八羟基喹啉铍(Beq2)和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)薄膜的发光强度明显低于八羟基喹啉铍(Beq2)和双(10-羟基苯并[H]喹啉)铍(Bebq2)晶体。
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