基于喹喔啉受体的多功能发光材料的激发态调节与光物理性质研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjzafei
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有机电致发光器件(Organic Light Emitting Diodes,OLEDs)因其低功耗、自发光、响应速度快、视角宽、分辨率高、柔性等优点,在照明和显示领域拥有巨大的应用前景。传统有机荧光材料由于自旋禁阻效应,其最大外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)仅为5%,激子利用率(Exciton Utilization Efficiency,EUE)的理论极限值为25%,无法满足产业化的需求。但是相对于磷光材料和高分子聚合物来说,有机荧光材料又具有无法超越的优势,如分子结构确定、易于修饰等。所以,如何通过分子结构的调控使有机小分子荧光材料中占据75%的三线态激子参与发光,提高材料的发光效率和稳定性是近年来研究的热点。目前,使小分子发光材料中占75%的三线态激子实现荧光发射的途径主要有三种:冷激子途径发光的热活化型延迟荧光(Thermally-Activated Delayed Fluorescence,TADF)材料、热激子途径发光的杂化局域电子-电荷转移激发态(Hybridized Local and Charge-Transfer,HLCT)材料以及三线态-三线态湮灭(Triplet-Triplet Annihilation,TTA)材料。不论是哪种发光机理,都是通过分子结构的调控,实现材料激发态性质的调节。本论文旨在通过调节给-受体结构发光材料的给电子能力以及桥联基团,调控材料激发态性质,提高发光材料的激子利用率;在此基础上研究发光材料的聚集态的不同对光物理性能的影响。本论文的主要研究内容如下:(1)研究了给体基团对发光材料激发态性质的影响,以喹喔啉为受体(Acceptor,A)基团,三苯胺(Triphenylamine,TPA)为第一给体(Donor,D),9,9-二甲基吖啶(9,10-Dihydro-9,9-dimethylacridine,DMAC)作为辅助给体,设计合成了两种对称的D-A-D结构的材料4,4’-(喹喔啉-5,8-二基)双(N,N-二苯基苯胺)(TQT)和5,8-双(9,9-二甲基吖啶-10(9H)-基)喹喔啉(DQD),以及一种非对称的D-A-D’结构的4-(8-(9,9-二甲基吖啶-10(9H)-基)喹喔啉-5-基)-N,N-二苯基苯胺(TQD)。由实验和计算结果来看对称的TQT为传统的荧光材料。由于给体基团给电子能力的增强,导致电荷转移态(Charge Transfer,CT)的增强,DQD和TQD为典型的TADF发光材料;通过溶剂扩散法获得了TQT三种不同的晶体:TQT-G(λPL=530 nm),TQT-Y(λPL=575 nm)和TQT-O(λPL=584 nm),其中TQT-G和TQT-Y的最大荧光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)分别达到了81.2和92.7%;在外力刺激下TQT实现了七种颜色间的色转换,发光颜色从514 nm到584 nm。DQD和TQD表现了聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission,AIE)现象,在外力刺激时可实现四种发光颜色的转变。以三种材料作为发光层制备了器件,基于TQT的器件中,当掺杂浓度为20 wt%时器件性能最好,最大亮度为14790 cd/m2,最大EQE为5.06%;基于DQD制备的非掺杂器件性能最好,最大亮度为1481 cd/m2,最大EQE为4.51%。(2)为了抑制D-A结构的非辐射,提高辐射跃迁,在D-A之间引入了苯和甲基苯作为π桥来限制柔性基团的振动。同时为了调节发光颜色,将辅助配体换成吩噻嗪(Phenothiazine,PTZ),设计合成了两种对称的D-π-A-π-D型的材料5,8-双(4-(9,9-二甲基吖啶-10(9H)-基)苯基)喹喔啉(DPQPD)和5,8-双(2-甲基-4-(10H-吩噻嗪-10-基)苯基)喹喔啉(2PMQx),以及一种非对称的D-A-π-D’型材料4-(8-(4-(10H-吩噻嗪-10-基)苯基)喹喔啉-5-基)-N,N-二苯基苯胺(TQPP)。对这三个材料的光物理性能、激发态性能、聚集态发光性质和光电特性进行了表征。实验结果表明DPQPD和TQPP为传统的荧光分子,在聚集状态下表现出聚集诱导荧光增强(Aggregation-Enhanced Emission,AEE)的性质。基于TQPP制备的掺杂器件性能最好,最大亮度为8558 cd/m2,最大EQE为2.57%。对称结构的2PMQx为TADF材料,表现出同质多晶的现象M1(λPL=593 nm),M2(λPL=622 nm)。基于2PMQx制备的掺杂器件,掺杂浓度为20 wt%时性能最好,最大亮度为1984 cd/m2,最大外量子效率为5.19%。由于DPQPD、TQPP和2PMQx扭曲的分子构象和固态下高效的荧光发射,三个分子同样表现出可逆的机械变色性能。
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