基于吖啶衍生物的热活性延迟荧光材料的设计合成及性能研究

发布时间：2020-08-14 14:38

【摘要】：有机热活性延迟荧光材料(TADF)不包含重金属原子,具有制备成本低、可利用单线态激子和三线态激子发光等优点,近年来引起了科研人员的广泛关注。尽管TADF材料在过去几年已取得重大突破,但仍存在材料种类少、器件效率滚降严重、色纯度低等关键科学问题,从而制约其商业化应用。为了进一步探讨TADF材料-性能的关系,本论文立足新材料,通过合理的分子构筑,设计合成一系列基于吖啶单元的给体-受体型TADF发光材料。论文的主要研究内容如下:(1)以吖啶为给体单元、VA二唑为受体单元,设计合成了两种给体-受体(DA)型化合物OHOXD和BFOXD,并详细研究了材料的构效关系。研究结果表明:这两类化合物都具有较好的热稳定性,其失重5%时的热分解温度都大于380℃;瞬态光谱证实化合物OHOXD和BFOXD均具有TADF性质,并且化合物OHOXD呈现出分子内质子转移现象;这两种化合物在溶液和固体薄膜中都呈现出天蓝色发光,其最大发射波长均在473 nm左右;以TADF化合物CzAcSF为主体材料,以化合物OHOXD和BFOXD分别为发光层客体材料,通过溶液加工制备了有机电致发光器件,器件最大外量子效率分别为12.1%和20.1%。(2)以吖啶和三苯胺为给体单元,以双砜衍生物为受体单元,构筑了四种“十字架”型化合物TPA-BPSB、DMAc-BPSB、MTPA-BPSB和MDMAc-BPSB。研究发现:这类“十字架”型化合物具有较好的热稳定性;瞬态光谱确证了这四种化合物都具有TADF性能;在甲苯溶液中,这四种TADF材料的最大发射峰位于517-544 nm区间;固体薄膜中,TPA-BPSB、DMAc-BPSB、MTPA-BPSB和MDMAc-BPSB的光致发光效率分别为92%、13%、88%和10%;以化合物CzAcSF为主体材料,以这四种TADF材料为发光层掺杂剂,通过溶液加工制备有机电致发光器件,研究了材料的结构-器件性能关系。其中基于化合物MTPA-BPSB的器件获得了最大外量子效率18.11%。(3)利用分子自身偶联反应,构筑了一种新型给体单元2,10'-联吖啶;通过引入不同的电子受体单元,合成了一系列基于2,10'-联吖啶的D-A型化合物。这类材料都具有较大的刚性结构,因而具有很好的热稳定性能;在溶液和固体薄膜中,它们都呈现出黄绿色发光;瞬态衰减寿命测试表明当受体结构为二苯砜和二苯甲酮单元时,材料呈现出TADF性能;当受体结构为三嗪单元时,材料仅为普通荧光材料。显然,不同的受体单元对材料的光物理性能有较大的影响。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422;O657.3
【图文】：

因而引起科研人员的广泛关注。自 200D 屏手机以来，OLED 商品化发展越来越迅猛，并且逐中，推动有机电致发光材料的研究对于实现低成本、重大意义。致发光材料发展历程致发光，即利用有机材料将电能转换为光的过程需要pe 等人使用银浆电极在 400 V 的偏压下向蒽单晶施加]。但在实际应用中，如此高的驱动电压显然属于不可发光的发展，此后二十年间，科研工作者做了许多尝。直到 1987 年 C.W.Tang 和 VanSlyke 联合报道了一lq3)的双层有机电致发光器件(图 1.1)，其在低于 10 V 外量子效率(EQE,Externalquantumefficiency)[2]。这个致发光二极管的飞速发展。

Internal quantum efficiency)为 25%，导致荧光 OLEDs 器件的论值为 5%，因而限制了这类材料的进一步发展。为了提高材料的998 年普林斯顿大学 Forrest 开发了基于金属配合物卟啉铂的有机电，从此拉开了第二代有机电致发光材料—磷光材料的序幕。这种材属原子，能有效增强系间窜越能力和自旋-轨道耦合作用，促进磷于这类材料可充分利用单线态和三线态激子发光，实现 100%的理，大大提高了材料的发光效率[6-8]。近年来，磷光材料的发展日新月光和红光的最大外量子效率分别高达 33.2%、38.1%和 25.9%[9-11]光和绿色磷光材料都已在 OLEDs 显示中实现了商业化。然而，磷金属原子如铱、铂、锇等属于稀缺资源，且价格昂贵；此外，重金对生态环境具有潜在危害，不符合当今社会的可持续发展理念。因商业化应用而言，磷光材料并不是最优选择。随着社会发展，人们新型发光材料，同时解决荧光材料发光效率低和磷光材料价格昂贵

图 1.3 三代发光材料发光机理对比图热活性延迟荧光材料热活性延迟荧光材料发光机理活性延迟荧光又名 E 型延迟荧光，是指材料的单线态 (S1)与三线态ΔEST, Singlet triplet energy gap)足够小时(<0.4 eV)，三线态激子可通系间窜跃过程(RISC，Reverse intersystem crossing)转换成单线态激线态辐射发光。显然，热活性延迟荧光能充分利用 25%的单线态三线态激子发光，获得 100%理论内量子效率[14-16]。热活性延迟荧可分为两个部分：一部分为 25%的单线态激子引起的瞬时荧光过程 75%的三线态激子通过 RISC 过程引起的延迟荧光过程。在有机热材料中，决定其具有 TADF 性质的关键性因素是较小的 ΔEST。∝ (1)

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