【摘 要】
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自1987年邓青云等人首次报道有机发光二极管(OLED)以来,OLED材料凭借其高效、超轻薄、亮度高、功耗低、柔性好等优异性能受到了广泛的关注。随着科技的发展,新型的OLED发光材料不断地被研制出来。2012年,日本Adachi教授及其研究团队成功制备了热活化延迟荧光材料(TADF),实现了几乎接近100%的电致发光内量子效率。一般TADF材料单重态和三重态的能差(ΔEST)非常小,便于三重态激子
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自1987年邓青云等人首次报道有机发光二极管(OLED)以来,OLED材料凭借其高效、超轻薄、亮度高、功耗低、柔性好等优异性能受到了广泛的关注。随着科技的发展,新型的OLED发光材料不断地被研制出来。2012年,日本Adachi教授及其研究团队成功制备了热活化延迟荧光材料(TADF),实现了几乎接近100%的电致发光内量子效率。一般TADF材料单重态和三重态的能差(ΔEST)非常小,便于三重态激子高效地通过上转换到单重态,再辐射到基态发光,从而实现100%的激子利用率。尽管目前外量子效率(EQE)较高的TADF材料已经被报道了很多,但基于TADF分子的OLED器件的效率滚降往往比较大,该类问题仍然面临着挑战和瓶颈,尤其是蓝光材料。据实验报道,水平取向较好的TADF分子能够提高光外耦合效率,进而提高薄膜器件的EQE。虽然人们可以通过实验设备直接获取分子水平取向的结果,从而得到分子水平取向与器件EQE之间的关系。但是,由于实验条件限制,人们无法从分子水平去理解TADF分子取向的微观过程以及影响因素,因而无法了解这些微观因素对TADF分子器件EQE的影响。因此,揭示TADF分子水平取向的微观机理以及影响因素变得十分重要。为了探究这些问题,本论文的工作将主要围绕以下三个方面进行展开,主要的研究内容如下:1.TADF分子在真空沉积中分子取向的机理为了探究TADF分子水平取向的微观机理,我们选取了三种EQE不同的吲哚卡唑同分异构体分子,采用全原子分子动力学方法(MD)模拟了三种分子的真空沉积过程并结合量子力学方法进行分析。研究结果表明,在真空沉积中,TADF分子的水平取向由分子间的π-π堆积决定。在TADF分子和基底之间有较强的范德华相互作用(主要是色散),由于分子间的π-π堆积。而这种范德华力容易导致形成能量比较稳定的分子构象,使TADF分子尽可能相对于基底水平排列。简而言之,TADF分子和基底之间的范德华相互作用越强(π-π堆积程度高),TADF分子的水平排列程度越好。此外,我们通过理论计算得到的吲哚咔唑同分异构体的光学性质能很好地与实验值相符。在这项工作中,我们揭示了TADF分子在真空沉积中分子取向的微观机理,即水平取向主要取决于分子和基底之间的π-π堆积程度,为理解真空沉积中的分子取向提供了理论依据。2.温度和主体分子在真空沉积中对分子取向的影响为了进一步探究影响TADF分子水平取向的客观因素,我们同样利用全原子分子动力学方法模拟了两种具有棒状结构的蓝色TADF分子的真空沉积过程,去探究基底材料的温度和主客体掺杂比例对TADF分子取向的影响。研究结果表明,TADF分子与基底之间的范德华相互作用对分子相对于基底水平排列有很大影响,基底材料的温度和客体掺杂比例可以显著调节范德华作用力。当基底材料的温度低于其玻璃转化温度时以及适当高的客体掺杂比例均有利于TADF分子相对于基底水平排列,从而提高TADF分子器件的光电性能。在这个工作中,我们探究了温度和主客体掺杂浓度等客观因素对TADF分子取向的影响,为设计高性能的TADF材料以及器件制备具有重要的指导意义。3.通过氢键控制热活化延迟荧光分子的取向为了进一步调节TADF分子的水平取向,我们以经典的TADF分子(PXZ-TRZ)为研究对象,策略性地利用吡啶基团,在PXZ-TRZ分子基础上设计了一种分子,通过利用全原子分子动力学方法模拟了这两种线性结构较好的TADF分子的真空沉积过程。研究结果表明,层与层之间的TADF分子主要依靠π-π堆积产生的范德华相互作用,从而保持相对的水平取向,这也是分子水平取向的本质。但在同一水平面内的TADF分子却可以依靠分子间形成的强度较弱的氢键,从而获得更好的水平取向。在这项研究工作,我们通过氢键调节了TADF分子的水平取向,揭示了氢键对分子水平取向调控的微观机理,为设计高效合理的TADF材料提供了理论指导。
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