基于芘的有机电致发光材料的设计、合成和性质研究

论文摘要

有机电致发光器件具有主动发光、视角宽、响应速度快、驱动电压低、可制作在柔性衬底上等优点,被认为是最具发展前景并可能替代液晶显示的下一代显示技术。信息显示技术的发展需要先进的材料做支撑,发展电致发光材料,突破现有技术的局限,是有机电致发光器件大规模产业化所面临的重大科学问题之一。本论文在全面调研国内外电致发光材料的研究历史和现状的基础上,设计、合成了多种新型芘类电致发光材料,并研究了它们的电致发光性能。主要研究内容如下：一、X型含有炔键的芘衍生物综合考虑材料的固体荧光和载流子传输两个指标,通过Suzuki和Sonogashira偶联反应合成了两个以芘为核的x-型化合物,研究了它们的光致发光、电致发光和场效应等性质。两个化合物具有较高的荧光量子产率,其中化合物9具有独特的固体荧光性质,它的固体荧光峰可以从610nm到574nm可逆转换。以两个化合物作为发光层制备成器件,基于化合物7的器件表现出了较好的器件性能。另外,进一步研究了化合物7的场效应性能,其载流子迁移率为4.0×10-3 cm2V-1s-1。化合物7的电致发光（EL）性能优于那些只单纯抑制芘π聚集的化合物的EL性能,因此,设计合成高效的电致发光材料应该权衡固体荧光和载流子传输之间的关系。二、具有聚集态荧光增强性能的芘衍生物我们合成了两个基于芘的化合物1-[4-（2,2-二苯乙烯基）苯基]芘（PVPP）和1,3,6,8-四[4-（2,2-二苯乙烯基）苯基]芘（TPVPP）。PVPP表现出了有趣的聚集态荧光增强特性,尽管取代基相同,TPVPP却表现出了截然不同的荧光行为。通过晶体结构分析发现TPVPP分子的堆积结构中每个分子受到来自周围分子的12个C-H…π相互作用,多重的分子间C-H…π相互作用导致了TPVPP与PVPP截然不同的荧光行为。热分析实验表明两个化合物都具有高的分解温度和玻璃化转变温度。以两个化合物为发光层制备的器件都具有较好的器件性能。PVPP的EL器件最大电流效率为2.06 cd/A,最大流明效率为1.06 lm/W,最大亮度为30996 cd/m2。TPVPP的EL器件最大电流效率为5.19 cd/A,最大流明效率为3.38 lm/W,最大亮度为103835 cd/m2。这些结果表明PVPP和TPVPP是非常有潜力的电致发光材料。三、A-型芘衍生物TB （Troger Base）类化合物刚性的扭转构型在分子堆积时,不利于形成π-π密堆积,有利于材料的固态发光。基于此,我们选择人-型TB骨架作为分子的基本框架,将具有优良光学性能的芘引入其中,合成了一个基于芘的人-型化合物2,8-二（1-芘）-6H,12H-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛（TBPy）,研究了它的光学性质、热学性质、电化学性质和电致发光性质。实验结果表明具有大的空间位阻的TB骨架引入分子中能有效地抑制芘分子间强的π-π相互作用,提高无定形膜的稳定性。TBPv在溶液中和固态都表现出了比较强的蓝色荧光,真空蒸镀的无定形膜放置四个月后没有出现晶化现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机电致发光器件与材料
• 1.2.1 有机电致发光的发展历程与现状
• 1.2.2 有机电致发光器件的发光的机理和性能评价参数
• 1.2.3 有机电致发光材料研究进展
• 1.2.4 有机电致发光发展中存在的问题与机遇
• 1.3 芘功能材料
• 1.3.1 芘的特点
• 1.3.2 芘在分子探针方面的应用
• 1.3.3 芘在有机薄膜场效应晶体管方面的应用
• 1.3.4 芘在有机电致发光方面的应用
• 1.4 论文研究的意义及主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 X型四取代芘衍生物的合成和光电性能研究
• 2.1 简介
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 光学性质
• 2.3.2 热学性质
• 2.3.3 电化学性质
• 2.3.4 电致发光性能
• 2.3.5 场效应性能
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 具有聚集态荧光增强性能的芘衍生物的合成和光电性能研究
• 3.1 简介
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 实验步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 晶体结构
• 3.3.2 光学性质
• 3.3.3 光物理性质理论计算
• 3.3.4 热学性质和聚集体形态
• 3.3.6 电化学性质
• 3.3.7 电致发光性质
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 A-型芘衍生物的合成和光电性能研究
• 4.1 简介
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 光学性质
• 4.3.1 光物理性质理论计算
• 4.3.3 热学性质、聚集体形态和电化学性质
• 4.3.4 电致发光性质
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 创新点
• 5.3 有待开展的工作
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表