可溶液加工的有机小分子红光材料的合成、表征及其电致发光性能研究

论文摘要

本论文首先介绍了有机电致发光的基本原理、电致发光器件性能的一些基本参数以及有机电致红光小分子材料的发展现状。小分子有机半导体发光材料具有纯度高、性能易控制等优点。相对于真空热蒸镀成膜方式,溶液加工技术使得低成本、大面积、柔性有机电致发光器件成为可能。因而,可溶液加工的小分子发光材料正受到越来越多的重视。本文设计合成了一系列以4,7-二（噻吩基）-2,1,3-苯并噻二唑为核的小分子红光材料。化合物在有机溶剂中具有较大溶解度,可以满足溶液法制备器件对材料溶解性的要求。我们详细研究了各种化合物的发光、热稳定性、电化学性质以及化合物的电致发光器件性能。具体内容如下:（1）合成了两种溶解性好的无定形态小分子红光材料1a、1b。其中,1a的端基为9-芴基咔唑基,1b的端基为二萘基苯。通过旋涂法制备了掺杂型电致发光器件。化合物1a与MEH–PPV掺杂制备的器件的电致发光峰位于665 nm、色坐标为（0.694,0.304）、最大发光亮度为891 cd/m2、最大外量子效率为2.1%;化合物1b与P–PPV掺杂制备的器件电致发光峰位于637 nm、色坐标为（0.654, 0.345）、最大发光亮度和外量子效率分别为1960 cd/m2和1.82%。在电流密度为32 mA/cm2时,化合物1a、1b的外量子效率约为1.6%,但电流效率却分别为0.37、1.23 cd/A。由于红光材料1a的电致发光光谱很大一部分位于红外区域,因而视觉响应度低。为了深入了解材料的载流子传输性能,采用蒸镀的方法制备了不同结构的多层电致发光器件进行比较,证明红光材料1b具有良好的空穴注入和电子传输能力。（2）鉴于化合物1b的玻璃化温度偏低,利用烷氧基苯基取代噻吩侧链上的己基,制备了一种玻璃化温度更高、溶解性更好的红光材料2。由于采用了改进的实验条件,Stille反应几乎定量地进行,极大地方便了产物的分离提纯。结构为ITO/PEDOT:PSS（50 nm）/PVK（40 nm）/2 （45 nm）/Ba（4 nm）/Al（120 nm）的发光器件的电致发光峰位于632 nm、色坐标为（0.646, 0.350）、最大电流效率达到2.1 cd/A、相应的外量子效率为2.74%。（3）由于该材料荧光量子效率较高且具有可逆的氧化还原特性,化合物2显示出优异的电化学发光特性。还原态阴离子自由基与氧化态单阳离子自由基、双阳离子自由基复合后,导致的电化学发光峰分别位于637、633 nm处;在最大发光波长处的发光强度可以和经典的金属配合物[Ru（bpy）3]·2ClO4相媲美,比常见的9,10-二苯基蒽高出2·4倍。（4）另外,以该红光材料为激光介质,实现了波长为650 nm的激光发射,在以PMMA为基的塑料光纤数据传输中具有重要应用前景。值得指出的是,在玻璃化温度以下（? 137℃）,受激发射的阈值显示出非常好的热稳定性。由于化合物2的分解温度高于400℃,因而,受激发射的阈值变化显然与薄膜形貌的稳定性有关。为进一步改善电子传输性能,设计合成了一系列含有喹啉基端基的小分子红光化合物。其中,噻吩环上侧基为9,9-二乙基芴的红光材料,具有较好的溶解性,固态薄膜发光峰位于630 nm;从熔融状态冷却后,形成稳定的非晶态,Tg为153℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电致发光器件的基本原理和性能参数
• 1.2.1 电致发光器件原理
• 1.2.2 有机电致发光器件的性能指标
• 1.3 红色有机电致发光材料的进展
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 蒸镀型掺杂红色荧光材料
• 1.3.3 蒸镀型非掺杂红色荧光材料
• 1.3.4 蒸镀型掺杂红色磷光材料
• 1.3.5 蒸镀型非掺杂红色磷光材料
• 1.3.6 溶液加工型红色荧光材料
• 1.3.7 溶液加工型红色磷光材料
• 1.4 主要研究内容及创新之处
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 第二章 以苯并噻二唑为核的红光化合物的合成，表征以及电致发光器件性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 材料的表征设备与仪器
• 2.2.3 材料的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 化合物的合成与表征
• 2.3.2 化合物的吸收和光致发光性质
• 2.3.4 化合物的热学性质
• 2.3.5 化合物的电化学性质
• 2.3.6 化合物的电致发光性质
• 2.3.7 化合物的表面形貌特性
• 2.3.8 化合物电子传输特性的初步研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 非掺杂可溶液加工红光材料的合成与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 材料的表征设备与仪器
• 3.2.3 材料1b 的合成
• 3.2.4 化合物2 的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 化合物的合成与表征
• 3.3.2 化合物的吸收和光致发光性质
• 3.3.3 化合物的电化学性质
• 3.3.4 化合物的热学性质
• 3.3.5 化合物的表面形貌特性
• 3.3.6 化合物的电致发光性质
• 3.3.7 电化学发光研究
• 3.3.8 放大自发辐射光源（ASE） 和激光性能的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 喹啉为端基的电致红光材料的合成与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与试剂
• 4.2.2 材料的表征设备与仪器
• 4.2.3 材料的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 化合物的合成与表征
• 4.3.2 化合物的吸收和光致发光性质
• 4.3.3 化合物的电化学性质
• 4.3.4 化合物的热学性质
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件