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有机荧光小分子、寡聚物和树枝状大分子的合成及光电性能

赵祖金  
【摘要】: 有机电致发光被普遍认为是具有很好发展前景的新一代平板显示领技术,设计合成能满足商业化需求的有机电致发光材料正受到学术界和产业界关注。本论文对于一系列具有强荧光化合物的设计、合成、表征以及在有机电致发光二极管中的应用进行了描述,同时也对化合物的荧光构效关系进行了研究和讨论。这些化合物基于芘、芴、咔唑、蒽,用三键构建,通过Pd/Cu催化的Sonogashira反应合成,主要可分为有机小分子、寡聚物和树枝状大分子三类。 论文首先描述了一系列利用芘,芴和咔唑为结构单元的小分子荧光化合物的合成与表征进行了介绍。这些小分子化合物具有强烈的蓝色荧光特性,很高的荧光量子效率和很好的热稳定性,能通过简单的旋转制膜方法应用于有机电致发光器件,具有作为蓝色电致发光材料的可能。 在此基础上,文章对一系列线性寡聚物的合成、表征以及在电致发光二极管中的应用进行了描述。这些寡聚物包括芘修饰的寡聚芴、芘修饰的寡聚咔唑以及蒽芴交替寡聚物,它们具有确定的化学结构和很好的纯度,对于它们的研究有助于理解荧光构效关系和相应聚合物的光电性能。通过对芘修饰的寡聚芴和寡聚咔唑的研究,我们发现芘基团的引入一方面可以大大提高化合物的荧光量子效率;另一方面通过对芘引入位置的调控,可以改变化合物的荧光发射波长,显示出蓝色或绿色的荧光。同时它们也表现出很好的电致发光特性,特别是芘修饰的寡聚咔唑,可以同时作为电致发光材料和空穴传输材料。蒽芴交替的寡聚物显示很强的黄色荧光,利用它们制成掺杂的有机电致发光器件具有相当优越的性能,最大流明效率为10.69±0.27 cd/A,此时亮度为1400 cd/m~2。同时器件的亮度也非常高,当电压为7V时,这个器件的最大亮度可达22037 cd/m~2;器件的启动电压则很低,为3.1 V;这表明它们是一类很有应用前景的有机电致发光材料。 文章进一步讨论了一系列中间含有芴的咔唑衍生物的合成与光电性能。这些化合物在溶液中表现出很强的蓝色荧光特性,具有较高的量子效率,同时化合物具有很高玻璃态转化温度和热分解温度。这些化合物不仅具有很好的空穴传输性能,有趣的是在低电压下,它们呈现蓝色的电致发光,但是当电压逐渐升高时,化合物的电致发光谱图变宽,覆盖几乎整个可见光区,显示白光发射。在合适电压下,实现很纯的白光发射,色坐标为(0.33,0.33),这对于单组分白色有机电致发光器件来说,色度是很纯的。通过研究认为这个白光是由于激基复合物(excimer)和电子异构体(electromer)共同发光所导致的。 最后文章介绍了一系列以芘为核的树枝状荧光大分子的合成与性能表征,以及它们优良的电致发光性能。在合成树枝状大分子之前,首先对树枝状大分子的分支进行了合成与性能研究。实验表明这类分支具有很强的蓝色发光性能,光致荧光量子效率接近于1。进一步地,利用这类分支作为结构单元来构建树枝装大分子,所得化合物的分子量最大在两万以上,所得化合物都具有很好的热稳定性,良好的溶解性以及优良的成膜性。利用这些大分子所制成的电致发光器件的性能优越,如在电压为16 V时,最大发光亮度达5590 cd/m~2;在电压为8.6 V时,流明效率为2.67 cd/A,这在文献报道的基于树枝状大分子构建的电致发光器件中是性能最好的。最后利用氟原子对这类树枝状大分子的外围进行了修饰,所得一个分子具有很有趣的纳米纤维状自组装性能。同时电致发光器件中的性能显示由于吸电子的氟原子的引入使化合物的电子和空穴得到了一定的平衡,器件的性能有所提高,启动电压明显下降。同时发现器件的制作条件,对于器件的条率有很大的影响,简单的旋涂转速的调节,就可以大大改善器件的性能。 文章做了大量的合成工作,合成了中间体和最终化合物共144个,其中新化合物120个,大大丰富了有机光电材料这一领域。许多化合物具有很好的光致荧光和电致荧光特性,具有作为电致发光材料的应用前景和市场开发价值。


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