有机聚合物超微粒的制备及电致发光器件的初步研究

论文摘要

有机和无机半导体之间的本质差别在于带宽和轨道重叠程度,有机分子晶体中弱的相互作用力（范德华力、氢键）和小的激子半径（Frenkel激子、电荷转移激子）决定了有机超微粒的尺寸效应具有区别于无机纳米晶体的独特性。迄今为止,关于无表面活性剂聚合物超微粒的制备方法,以及有机超微粒的尺寸效应的研究都很少报道。本论文以小分子量聚合物TPA-PPV和大分子量聚合物PVK为目标化合物,分别用再沉淀方法和一种新的方法成功制备了一系列不同尺寸的、高度单分散的聚合物纳米超微粒,并研究了PVK纳米球二维阵列的自组装过程。然后,通过紫外-可见吸收光谱和分子荧光光谱研究有机超微粒的光电性质随尺寸的变化。最后,初步探索了有机超微粒的尺寸效应在新型电致发光二极管中的应用。为进一步研究单一发光材料实现彩色显示奠定了基础。对有机超微粒特异性的研究,加深了我们理解有机超微粒材料中的许多基本过程和现象,对于我们发展现有理论进一步研究有机发光器件有着重要的意义。结果如下: 1、以一种低分子量聚合物绿色电致发光材料TPA-PPV为目标分子,平均分子量为3000—4000,具有很高的荧光量子产率。用再沉淀的方法制备了粒子尺寸为20-100nm的TPA-PPV纳米粒子。研究发现,当纳米粒子的尺寸从100nm逐渐减小到20nm,紫外-可见吸收光谱在400nm附近和荧光发射光谱在500nm附近都向高能端移动,发生了蓝移。讨论了其光谱尺度效应的机理.纳米粒子的尺度效应表明其在新型纳米光电子器件中有着广阔的应用前景。 2、以一种高分子量聚合物蓝色电致发光和空穴传输材料PVK为目标分子,平均分子量为110万,用一种新的方法制备了高度单分散的聚合物纳米超微粒,尺寸分布在120 nm—1000 nm范围内。PVK超微粒悬浮液的紫外—可见吸收光谱和荧光激发光谱也表现出强烈的尺度依赖性,在265 nm和297 nm处吸收峰随着超微粒尺寸的增加逐渐向低能端移动,发生红移;PVK超微粒悬浮液荧光激发光谱。在295 nm附近的发射光谱随着超微粒尺寸的增大逐渐向低能端移动,发生了红移。对纳米球的线状自组装过程进行研究,讨论了线状自组装机理。 3、用TPA-PPV薄膜作为发光层制备成有机电致发光二极管器件:ITO/TPA-PPV（38 nm）/TNS（25 nm）/Alq3（30 nm）/Al;用TPA-PPV纳米粒子作为发光层制备了结构为ITO/PDAC/TPA-PPV nanoparticles film/BCP（20 nm）/Alq3（30 nm）/Al的发光二极管器件,研究了器件性能,并对器件失效原因进行了解释。

论文目录

• 1 前言
• 1.1 本研究的目的及意义
• 1.2 纳米超微粒的一般性质
• 1.2.1 纳米超微粒的基本性能
• 1.2.1.1 小尺寸效应
• 1.2.1.2 表面效应
• 1.2.1.3 量子限域效应
• 1.2.1.4 宏观量子隧道效应
• 1.2.2 纳米微粒的光学特性
• 1.2.2.1 宽频带的吸收
• 1.2.2.2 蓝移现象
• 1.2.2.3 纳米微粒出现了常规材料不出现的新的发光现象
• 1.3 有机超微粒的研究历史
• 1.3.1 再沉淀法
• 1.3.1.1 聚丁二炔类化合物的纳米晶体的生长模型
• 1.3.1.2 Poly-DCHD纳晶的尺寸依赖性
• 1.3.2 超临界流体法制备有机纳米粒子
• 1.3.3 水/油微乳液法制备有机纳米超微粒
• 1.3.4 Sol-Gel法制备有机纳晶
• 1.3.5 制备有机超微粒的其他方法
• 1.3.5.1 分子筛空隙合成法
• 1.3.5.2 旋涂真空恒温蒸发法
• 1.3.5.3 胶束法
• 1.4 纳米超微粒的应用
• 1.4.1 基于纳米超微粒的电致发光器件
• 1.4.2 纳米超微粒在生命科学中的应用
• 1.5 本论文所做的主要工作
• 2 TPA-PPV有机纳米超微粒的制备及尺寸效应的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 TPA-PPV纳米超微粒的制备
• 2.2.4 TPA-PPV纳米超微粒的测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 3 高度单分散PVK纳米超微粒的研究
• 3.1 引言
• 3.2 一种制备有机聚合物超微粒的新方法的研究
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 PVK纳米超微粒的制备
• 3.2.4 PVK纳米超微粒形成的动力学研究
• 3.2.5 PVK纳米超微粒的尺度效应
• 3.3 PVK超微粒自组装阵列
• 3.3.1 自组装技术
• 3.3.2 PVK纳米球的线状自组装
• 3.3.3 PVK超微粒自组装阵列
• 3.4 本章小结
• 4 基于聚合物纳米超微粒发光器件的研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 有机发光发光二极管的研究历史
• 4.1.2 有机发光发光二极管的器件结构
• 4.1.3 有机电致发光机理
• 4.1.4 有机电致发光器件性能参数
• 4.1.4.1 发射光谱
• 4.1.4.2 发光亮度
• 4.1.4.3 发光效率
• 4.1.4.4 发光色度
• 4.1.4.5 器件寿命
• 4.1.4.6 电流密度（mA/cm2）-电压（V）的关系
• 4.1.4.7 亮度（cd/m2）-电压（V）的关系
• 4.1.5 发光器件发光颜色的调节
• 4.1.5.1 电压调节
• 4.1.5.2 控制聚合物骨架上的共轭段长度
• 4.1.5.3 改变各组分的相对含量
• 4.1.5.4 尺寸效应调节发光颜色
• 4.2 TPA-PPV发光二极管器件
• 4.2.1 TPA-PPV薄膜发光二极管器件制备及性能
• 4.2.1.1 试剂与仪器
• 4.2.1.2 器件制备及其性能
• 4.2.2 基于TPA-PPV纳米球发光二极管器件
• 4.2.2.1 三层自组装纳米球膜的制备
• 4.2.2.2 静电场自组装纳米球膜
• 4.2.2.3 TPA-PPV纳米球膜发光二极管器件
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 6 参考文献
• 7 文章发表
• 8 导师简介