二芳基酮类荧光材料的合成与性能研究

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有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)在显示应用中具有高效率、轻量化、高色质等优点而备受关注。然而,已报道的大多数传统荧光材料以及大多数热活化延迟荧光(TADF)发射体都存在着浓度猝灭和激子湮灭的问题,因此在OLED应用中需要复杂的主-客体掺杂技术。同时,基于TADF发射体的掺杂OLED,在高电流密度下普遍出现的效率滚降现象仍然是亟待解决的问题。为了简化制备工艺,提高器件的效率稳定性,研制非掺杂OLED具有重要意义。聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)材料的出现为有效的解决上述难题提供了思路,可改善OLED器件因浓度淬灭带来的效率滚降问题,但是目前兼具AIE-TADF的材料体系及机制研究仍然不足。本文基于具有AIE性能的四苯乙烯基团(TPE)和新型二芳基酮为受体合成了系列具有AIE效应的分子,并以核磁共振、质谱等表征手段确定其分子结构,通过测量其紫外-可见吸收光谱、稳态瞬态光致发光光谱、电化学特性以及热稳定性等研究其光物理性能及在OLED器件中的应用。在第一章中,我们主要介绍了AIE现象,概述了AIE以及TADF的发光机理、现象及研究进展。并对同时具有AIE以及TADF的材料进行了介绍,提出本论文的研究工作和设计思路。在第二章中,因为TPE不仅可用作电子转移催化剂,而且其丰富的电化学和激发态性质为能量转移提供了很好的分子设计基础。另外,TPE的扩展π-体系也是应用于各种有机光电材料的重要候选者。因此,我们设计并成功合成了三种基于咔唑-苯甲酰基取代TPE衍生物的D-π-A-π-D构型的AIE发光分子TPE-BZ-Cz、TPE-2BZ-Cz、TPE-3BZ-Cz。同时,研究了它们的光物理性能和电致发光(EL)特性。这些发光分子表现出良好的AIE性能和较高的固态荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)。此外,随着供体基团数目的增加,这三个发光分子的发射波长,无论是在溶液中还是在固体中,都表现出可忽略的变化。三个发光分子在不同溶剂中均表现出溶致变色和负溶剂动力学效应。更有趣的是,随着咔唑-苯甲酰基数目的增加,其热稳定性和形态稳定性呈现出规律性的变化。进一步的电致发光测试表明,基于TPE-3BZ-Cz的非掺杂OLED器件的性能优于其它两种发光分子。在第三章,我们设计合成了三种新的聚集诱导延迟荧光(AIDF)发光分子:pipd-BZ-PXZ、pipd-BZ-PTZ和pipd-BZ-DMAC,它们具有基于新型二芳基酮为受体的D-A不对称骨架。pipd-BZ-PXZ和pipd-BZ-PTZ由于强烈的分子内电荷转移(I intramolecular charge transfer,ICT)效应,在溶液和纯膜中呈现橙色到红色的发射。为了比较其电致发光性能,我们制作了非掺杂和掺杂两种器件。非掺杂器件表现出中等的性能,基于pipd-BZ-PXZ的非掺杂器件的电流效率和外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)分别为19.86 cd·A-1和7.04%,在1000 cd·m-2处的效率滚降仅为2.3%,是已报道的发射波长超过570 nm的AIDF-OLED中,效率滚降效应最小之一。掺杂器件表现出较好的性能,基于pipd-BZ-PXZ的掺杂器件的电流效率和EQE分别高达55.41cd·A-1和15.77%。
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