咔唑基聚螺芴的设计合成与性能表征

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xzh19870715
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高分子发光材料具有良好的溶液加工性能,容易制备廉价、大面积及柔性的显示与照明器件,受到学术界和产业界的广泛关注。特别是高效率和长寿命的蓝光高分子,成为目前重要的研究方向。拥有高膜态荧光量子效率的聚芴被认为是最具有潜在应用价值的高分子蓝光材料,但光谱不稳定的问题严重影响了其应用前景。作为聚芴的衍生物,聚螺芴不仅通过9位的垂直结构,有效抑制了聚芴中芴酮和激基缔合物的产生,具有优异的光谱稳定性,同时还保留了高的量子效率,成为潜在替代聚芴的材料。但由于聚螺芴中存在特殊的“螺共轭”效应,当侧链上引入致溶的烷氧基链时,其侧链与主链之间产生电荷转移作用,导致色纯度差、荧光量子效率低及器件效率低等问题。目前报道的聚螺芴高分子的器件效率与聚芴体系相比尚有较大差距。因此,设计开发高效、可溶液加工的聚螺芴发光材料具有非常重要的意义。  一、针对烷氧基取代的聚螺芴中存在电荷转移导致光谱红移和量子效率降低的问题,我们用烷基咔唑单元取代烷氧基单元进行侧链修饰,设计合成了咔唑基均聚螺芴(PCzSF)高分子。比较发现,PCzSF的分子内电荷转移作用被有效抑制。发光光谱由455nm蓝移至422 nm,半峰宽由58 nm减少至45 nm,同时膜态荧光量子效率由0.20提高到0.60,实现了深蓝光发射。通过溶液旋涂制备的电致发光器件,获得了1.7 cd A-1的最大电流效率和3.0%的最大外量子效率,色坐标为(0.17,0.06)。  二、针对PCzSF中载流子传输不平衡的问题,我们在高分子中引入不同结构的N型单元(2,7-螺(芴-二氧化噻吨)(2,7SSO)、2,7-螺(芴-二氧化噻吨)(2,7SSO)和2,8-二苯并噻吩砜(2,8SO)),使LUMO能级分别降低0.22、0.37和0.51 eV,从而减小了电子的注入势垒,同时HOMO能级基本保持不变,改善了电子和空穴的传输平衡。与PCzSF相比,单层器件中共聚高分子PCzSF-2,7SSO50启亮电压由5.8 V降低至3.0 V,效率大幅度提高。随后采用正交溶剂法,以醇溶的TPPO作为空穴阻挡层,以PCzSF-2,7SSO50为发光层制备多层器件,启亮电压低至2.8 V,最大电流效率达到1.8 cdA-1,相应的色坐标为(0.16,0.06)。  三、为实现基于聚螺芴材料体系的全色显示,我们分别将3,7-二苯并噻吩砜(3,7SO)、二苯基苯并噻二唑(DPBT)和二噻吩苯并噻二唑(DTBT)引入PCzSF主链上,发展了一系列高效的蓝、绿和红光聚螺芴三基色高分子,实现了整个可见光范围的光谱调节。我们详细研究了共聚单元含量对高分子电化学性质、光物理性质和器件性质的影响,揭示了材料结构与性能之间的构效关系。其中,PCzSF-3,7SO15、PCzSF-DPBT15和PCzSF-DTBT03获得最佳的蓝、绿和红光器件数据,最大电流效率分别达到5.6、21.6和4.4 cd A-1,相应色坐标为(0.16,0.16)、(0.32,0.60)和(0.61,0.34)。  四、针对红光高分子中PCzSF主链到DTBT单元的能量转移不完全问题,我们在引入DTBT单元的同时,又分别引入3,7SO和DPBT两种敏化剂单元,构建了三元共聚物。其中,3,7SO结构与PCzSF主链之间形成电荷转移作用从而红移主链的蓝光发射,增加主链发射与DTBT吸收的重叠程度,促进能量的有效转移;而在DPBT共聚物中,PCzSF能量转移至DPBT单元,再转移至DTBT单元。通过以上两种方式所得到的高分子共聚物,其发射光谱表现出完全淬灭的蓝光峰,成为单一红光发射的高分子,光谱红移至深红光区域(0.65,0.34)。
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