S,S-二氧-二苯并噻吩衍生物及其聚合物的合成及光电性能

发布时间：2020-02-24 01:54

【摘要】：有机光电功能材料相比于无机材料,有着诸多的优势,例如轻质、廉价、带隙易调节、化学结构多样、可溶液加工等,使其在有机电致发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)以及有机场效应晶体管(OFET)方面应用广泛。S,S-二氧-二苯并噻吩(SO)是一类具有较好刚性平面的缺电子单元,荧光性较好,其中硫原子处于最高的化学价态,有着很好的电子亲和势及抗氧化性能。然而SO单元也存在着一些缺点,例如共轭平面较小、反应活性位点少、溶解性差等,制约了其在OLED中的应用。综合上述优缺点,本论文合成了双S,S-二氧-二苯并噻吩小分子衍生物,小分子具有较大的共轭平面和较好的溶解性,反应活性位点较多,结构稳定性好,荧光性强。将小分子单元引入到聚合物主链中,进一步提高材料的电子传输性能和荧光量子效率,有利于制备高性能的有机电致发光器件。1)以芴及2,7-咔唑为原料,合成了双(二苯并噻吩)并环戊二烯(FBT),双(S,S-二氧-二苯并噻吩)并环戊二烯(FBTO),双(二苯并噻吩)并吡咯(Cz BT)以及双(S,S-二氧-二苯并噻吩)并吡咯(Cz BTO)稠环化合物。分子的刚性结构赋予其较好的热稳定性,热分解温度(Td,对应于失重5wt.%)均超过350℃,其中Cz BTO的化合物熔点达到280℃。小分子实现了由紫外到蓝光的荧光发射。量化计算中,FBTO、Cz BTO比FBT、Cz BT的HOMO和LUMO能级明显降低,FBTO较FBT带隙缩窄,Cz BTO较Cz BT带隙变宽,量化计算结果与循环伏安法得到的电化学性能吻合。2)以3,9-吲哚咔唑为原料,合成了双(苯并噻吩)并吲哚咔唑(ICz BT)。ICz BT具有很好的刚性平面和适中的带隙,吲哚咔唑单元赋予其较好的空穴传输性能,稠环结构赋予其稳定的化学结构。制备的OFET器件性能优良,材料的最大空穴迁移率接近0.6 cm2/(Vs),阈值电压接近0 V,电流开关比达到106,器件在空气中放置数天性能稳定,连续工作1小时迁移率几无变化。3)芴基-S,S-二氧-二苯并噻吩衍生物(FSO)的发光聚合物具有良好的热稳定性和较高的荧光量子效率(QPL),蓝光材料和绿光材料的荧光量子效率分别达到70%和87%。蓝光单层器件得到2.8 V的较低启亮电压,加入PVK层,器件效率得到提高。绿光单层器件得到2.7 V的较低启亮电压,调节FSO含量可实现由蓝光到绿光的荧光发射。红光聚合物单层器件取得3.2 V的较低启亮电压,器件也可表现出不错的效果。4)咔唑基-S,S-二氧-二苯并噻吩衍生物(Cz SO)的发光聚合物具有良好的热稳定性。蓝光单层器件取得3.5 V的较低启亮电压,Cz SO单元空间扭曲构型减弱了分子间的ICT效应,抑制了光谱的红移,器件取得(0.15,0.10)的较好深蓝光色坐标。绿光材料的最大荧光量子效率达94%,绿光单层器件实现了3.2V的较低启亮电压,Cz SO单元空间扭曲构型也抑制了光谱的红移,器件取得(0.34,0.58)的较好绿光色坐标。红光聚合物单层器件可以获得3.7 V的较低启亮电压,优化器件结构之后器件效率有所提升。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O626.12

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