以苯甲腈为电子受体基团的基于扭曲D-π-A结构的蓝色荧光材料

作     者：吴董宇 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王华

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：有机发光器件 有机荧光材料 蓝光 电荷转移 外量子效率 激子利用率 

摘      要：目前为止,基于稀土金属离子配合物的有机磷光材料其激子利用率理论上可达100%,已被广泛用于有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)产业化生产。但有机磷光材料受稀土金属价格昂贵的影响,造成OLED的成本较高,使其发展受到制约。为此,新型高激子利用率的纯有机荧光材料成为研究热点。本论文以提高蓝色荧光材料的激子利用率(η)和荧光量子效率(η)为目标,设计合成新型基于扭曲D-π-A结构的蓝色荧光材料,实现其在高效蓝光OLED中的应用,研究探讨其空间构型与材料特性间的关系。本论文的主要研究内容如下所示:1.9,9′-螺二芴(SBF)和螺[芴-9,9′-氧杂蒽](SFX)的分子构型均为三维立体结构,其扭曲螺旋空间结构能够有效地避免分子间的π-π堆积和激基缔合物的形成,提高材料的发光效率,同时也能够改善分子的热稳定性。为此,本章以SBF和SFX为电子给体(Electron Donor,D)基团,苯甲腈(CP)为电子受体(Electron Acceptor,A)基团,二者通过9,9-二辛基芴作为π共轭基团来连接,设计合成了基于扭曲D-π-A结构的蓝色荧光材料,即SBF(PFCP)和SFX(PFCP)。通过光谱测试分析,SBF(PFCP)和SFX(PFCP)在溶液中的光致发光(Photoluminescence,PL)光谱的最大发射峰位于411 nm和413 nm处,薄膜状态下的发射峰红移到了424 nm和422 nm处,均表现出了明显的蓝光发射。SBF(PFCP)和SFX(PFCP)具有良好的热稳定性能。SBF(PFCP)薄膜的η达到88.6%,实现了提高材料η的目的。随着溶剂极性的增加,SBF(PFCP)和SFX(PFCP)的PL光谱的发射峰并未发生明显红移,没有表现出溶剂化效应,其激发态的电荷转移(Charge Transfer,CT)特性不明显。2.咔唑(Cz)是一种具有较强给电子能力的基团,具有刚性的分子结构、多个化学修饰位点及良好的热稳定性等优点,为此,本章选用Cz作为D基团,9,9-二辛基芴作为π共轭基团,CP作为A基团,通过调控连接A基团的个数、D基团和A基团之间的连接位点,设计合成了基于扭曲D-π-A结构的三种不同空间构型的蓝色荧光材料2,7-Cz(PFCP),3,6-Cz(PFCP)和Cz(PFCP)。通过光谱测试分析得出,2,7-Cz(PFCP),3,6-Cz(PFCP)和Cz(PFCP)在溶液中的PL光谱的最大发射峰分别位于417 nm,416 nm和417 nm处,表现出明显的蓝光发射。三种材料的发射峰均随溶剂极性的增加发生红移,表现出明显的溶剂化效应,其中:3,6-Cz(PFCP)的溶剂化效应最为显著,表明其激发态的CT态特性最显著;而2,7-Cz(PFCP)的分子共轭程度较大,其发射峰受溶剂极性影响较小,激发态的局域(Local Excited,LE)态特性较明显,因而其薄膜的η较高(95.7%)。以2,7-Cz(PFCP)和3,6-Cz(PFCP)作为发光层制备的蓝光OLED均表现出了高质量的蓝色发光性能,其中:以3,6-Cz(PFCP)作为发光层制备的蓝光OLED的器件性能最优,其电致发光(Electroluminescence,EL)光谱的最大发射峰位于432 nm,色坐标(Commission International de L′Eclairage,CIE)为(0.156,0.069),最大外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)为6.68%,超过了传统荧光材料5%的理论值,通过计算得出η为37%,大于传统荧光材料25%的理论值。3.三苯胺(TPA)是一个强电子给体基团,分子具有一定的扭转,能够避免分子间的堆积。为此,本章选用TPA作为D基团,9,9-二辛基芴作为π共轭基团,CP作为A基团,通过改变A基团的数量,设计合成了基于扭曲D-π-A结构的三种不同空间构型的蓝色荧光材料TPA(PFCP),TPA(PFCP)和TPA(PFCP)。通过光谱测试分析,TPA(PFCP),TPA(PFCP)和TPA(PFCP)在溶液中的PL光谱的最大发射峰分别位于433 nm,435 nm和437 nm处。溶剂化效应测试结果显示,随着溶剂极性的增加,TPA(PFCP),TPA(PFCP)和TPA(PFCP)的PL光谱的发射峰均发生了130 nm左右的红移,对应于分子内的TPA与CP间的电荷转移,表现出明显的溶剂化效应,表明其激发态具有显著的CT态特性,。以TPA(PFCP)作为发光层制备的蓝光OLED表现出了较好的蓝色发光性能,其EL光谱的最大发射峰位于448nm,最大EQE为5.83%,超过了传统荧光材料5%的理论值,通过计算得出η为30%,大于传统荧光材料25%的理论值。