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本论文的研究内容主要集中在新型有机电致磷光材料的合成及器件特性。研究内容分为两个部分:一部分是树枝型新型铕配合物和其它新型铕配合物的合成及其在电致发光领域中的应用(第二和三章)。第二部分是聚电解质磷光材料及其对应前驱体的合成以及光电性能的研究(第四至七章)。
稀土配合物材料在有机电致发光中具有窄谱带发射的特点,且在有机电致发光过程中稀土离子可以有效利用三线态激子能量发光,从而在获得高效率器件及激光发射等方面存在潜在优势。树枝状化合物也是近几年发展起来的用于发光的新型化合物。由于其本身具有的结构特点,引起了不少科研工作者的兴趣。配体树枝化由于增大了中心金属离子间的距离,在防止三线态自淬灭方面取得了很好的效果,同时树枝状化合物具有可以使用溶液加工的优点,可以使器件制备工艺大为简化,提高显示器件的分辨率减低成本。
在本论文里,我们以稀土配合物为核的树枝状化合物为目标,合成了一系列树枝化的化合物G1-diketone,G2-diketone和G3-diketone以及对应的稀土铕配合物,并对他们的光学性能和在电致发光中的应用进行了研究。结果发现铕配合物随着代数的增加,对应的空间位阻效应明显增加,因而使得电致发光性能显著增加。将铕配合物掺杂进入PVK:PBD主体材料中制备了聚合物电致发光器件。随着代数和位阻的增加,器件的性能明显改善,起亮电压明显降低。当第一代树枝型铕配合物C3在双层器件中,在0.2 wt%掺杂浓度下获得的最大外量子效率为0.42%,最大流明效率为0.45 cd/A,但是当引入TPBI空穴阻挡层后,最大外量子效率达到了1.90%,最大流明效率达到了2.01 cd/A。(第二章)
同时,合成了一种基于烷基芴的铕配合物Eu(FTA)3Phen,通过对Eu(FTA)3Phen的光学性能研究发现,此铕配合物具有较高的荧光量子效率,是第二章中铕配合物C1荧光量子效率的3倍左右,表明通过引入具有较高荧光效率的配体,并且引入烷基基团可以明显增加铕配合物的发光效率。将铕配合物Eu(FTA)3Phen掺杂进入PVK:PBD主体材料中制备了聚合物电致发光器件。在双层器件中,在0.2 wt%掺杂浓度下获得的最大外量子效率为0.41%,最大流明效率为0.44 cd/A,但是当引入TPBI空穴阻挡层后,器件的性能明显增加,最大外量子效率达到了4.28%,最大流明效率达到了4.60 cd/A。这是在铕配合物电致发光器件中所报道的最高值。(第三章)
近几年来,共轭聚电解质由于其在高灵敏度化学或生物传感器中的成功应用,而引起了广泛的关注。目前,对共轭聚电解质在发光器件中的应用研究却只有少数文献报道,而且效率较低。但是共轭聚电解质如能在光电器件中应用,会带来一些新的特点,例如共轭聚电解质可以通过自组装成膜来制作多层的高分子光电器件,并且可以用水或醇为溶剂,有望实现“环境友好”的发光聚合物,因此对共轭聚电解质及其光电性能的研究具有很重要的意义。我们实验室在这方面做了大量工作,并且获得了高效的聚合物电致发光器件。但以前所做的这方面工作都集中在电荧光材料中,而含磷光络合物的聚电解质则尚未见诸报道。
在本论文中,首先通过Suzuki偶合反应合成了一种侧链上含有胺基并且在主链中含有可联吡啶的发蓝光聚芴衍生物PFN-Bpy和它们对应的聚电解质PFNBr-Bpy。然后通过和铼配合物配位反应,得到了主链含金属磷光单元的聚合物PFN-BpyRe,并对它的电致发光性能和作为电子传输层的性能进行了研究。(第四章)
又利用将磷光Ir配合物引入到共轭聚电解质主链中,成功合成了一系列主链含磷光单元的聚合物前驱体及其对应的电解质衍生物,PFN-Dppylrppy和PFNBr-DppyIrppy,PFN-MeNaPylr和PFNBr-MeNaPyIr,PFN-FIPyIracac。通过对聚合物的电致发光性能研究,发现这些聚合物均在高功函数金属Al有着较好的器件性能,说明这些聚合物所带的胺基或季铵盐基团可以和Al等高功函数金属电极作用,增强其电子注入能力。引入的金属Ir配合物单元,改变了聚合物的发光颜色,使聚合物在电致发光器件中表现出红色光。比如,对于PFN-Dppylrppy,在Ir配合物含量为5%时,器件结构为ITO/PVK/PFN-Dppylrppy5/A1器件中的最大外量子效率为0.42%,最大流明效率为1.69 cd/A。同时,首次实现了用金属Au作为器件阴极的电磷光发射,当PFN-Dppylrppy5在器件结构为ITO/PVK/PFN-Dppylrppy5/Au时,获得的最大外量子效率为0.54%,最大流明效率达到了1.10 cd/A。聚电解质PFNBr-Dppylrppy10作为发光层时,在同样条件下,获得的最大外量子效率为0.02%。(第五,六,七章)
另外,也合成了一系列具有不同胺基芴含量的绿光聚合物,并对胺基芴含量对聚合物电致发光性能的影响进行了初步探索。(第八章)