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具有光电功能的共轭聚合物材料具有优异的机械加工性能、低廉的生产成本以及能和传统硅基工艺兼容等显著特点,已经引起了世界学术界和工业界的广泛关注,成为当前国际上的一个研究热点。随着人们对共轭聚合物研究的不断深入,其应用领域不断扩大,主要涉及发光二极管、光伏电池和场效应晶体管等半导体器件,特别是聚合物发光二极管的研究与开发更进一步向人们展示了共轭聚合物这种新型功能材料广阔诱人的应用前景。目前对发光二极管的研究主要侧重于以下两方面:(1)从器件结构对性能的影响提出对器件结构的改进和优化;(2)从材料合成角度考虑,合成具有良好的加工性能和较高的发光效率的共轭聚合物。本论文主要从分子结构设计的角度出发,以获得高分子量、高热稳定性和高发光效率的聚合物发光材料为目的,合成了一系列聚苯撑乙烯和聚芴的衍生物,并探讨了聚合物结构与其光电性能的关系。具体内容如下:
1.以Gilch聚合方法成功的合成了一系列苯基取代PPV衍生物,这类聚合物具有分子量高,分散度低,溶解性和热稳定性高等优点;聚合物的抗光氧化测试结果表明,苯基取代侧基的引入,可以显著提高PPV的抗光氧化性能;制备了ITO/polymer/Alq3/Al双层结构的发光二极管,并得到了较高的器件电致发光性能,其最大发光亮度和发光效率分别达到了3850cd/m2和2.68cd/A。
2.以Gilch聚合方法,首次成功的合成了一系列新型的带有一代和二代树状分子侧基的PPV衍生物,具有分子量高,分散度窄,溶解性好、热稳性和溶液荧光量子效率高等优点;以这类聚合物为发光层,制备了单层和双层结构的发光二极管,测试结果表明,一代树状分子取代的PPV的器件性能最好,其最大发光亮度和发光效率可达到860cd/m2和0.40cd/A;以这类聚合物为光活性层,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/polymer/Ca/Al的光伏电池,并对器件性能进行了表征,器件的能量转换效率最高可达到0.58%。
3.采用Wittig和Gilch聚合方法,首次成功的合成了两种三苯胺乙烯基取代PPV衍生物。三苯胺侧基的引入,有助于提高PPV衍生物的空穴注入和传输能力;聚合物的二维共轭结构将使分子内能量转移易于进行,从而提高其电致发光性能。我们对聚合物的基本物理性质、光学性质进行了表征,并制备了ITO/PEDOT:PSS/polymer/Ca/Al单层结构的发光二极管,器件最大发光亮度为400cd/cm2,最大发光效率为0.06cd/A。
4.以Suzuki聚合方法,首次成功的合成了两种新型的三苯胺乙烯基取代聚芴衍生物,具有分子量高,溶解性好、热稳性高等优点;电化学测试表明,将三苯胺乙烯基引入聚芴,明显改善了空穴注入能力,同时聚合物的二维共轭结构可以使分子内能量转移容易的进行,有利于提高聚芴的电致发光效率;制备了ITO/PEDOT:PSS/polymer/Ca/Al单层结构的发光二极管,器件的最大发光亮度和最大发光效率达到了2970cd/m2和0.51cd/A。
此外,还合成了两种Percec型树状分子取代盘状液晶冠醚,并用POM、DSC和WXRD等方法表征了它们的热致液晶相行为。初步实验结果表明,即使在没有金属离子配位的情况下,这两种化合物也可以形成稳定的六方柱状相结构。