双极磷光主体材料的设计、合成及器件

发布时间：2017-10-16 04:23

  本文关键词：双极磷光主体材料的设计、合成及器件

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【摘要】：有机电致发光器件(OLEDs)是有机光电子领域的研究热点,在平板显示和固体照明领域有着广阔的应用前景。与传统的电致荧光器件(FOLEDs)相比,电致磷光器件(PhOLEDs)由于能充分利用器件中的单线态和三线态激子,器件的理论最大内量子效率达到100%。磷光主体材料的选择是影响PhOLEDs性能的关键因素。其中,双极磷光主体材料由于既能传输空穴又能传输电子,可以提高器件性能和简化器件结构,引起人们更多的关注。当双极磷光主体材料分子的单线态-三线态能级差(△EST)足够小(0.5 eV)时,在分子自身的热运动作用下,分子内易发生反向隙间窜越(RISC),这类分子也就是所谓的热激活延迟荧光(TADF)材料。在TADF器件中,三线态激子可经过TADF材料分子内的反向隙间窜越,转变成单线态激子发光,也能充分利用100%的激子。这样,就能够用TADF材料代替有机贵金属配合物,从而大大降低有机电致发光器件的成本。因此,开发新型双极磷光主体材料及TADF材料具有重要意义。本文设计和合成了系列基于空穴传输基团咔唑、三苯胺和电子传输基团苯腈、2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪、二苯砜和二苯甲酮的双极磷光主体材料及TADF材料。研究了这些材料的构效关系,包括热稳定性、光物理性质、电化学性质及器件性能。主要研究内容如下：(1)合成了一种基于电子给体基团N-苯基咔唑和电子受体基团2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪基团的双极磷光主体材料TPCPZ,研究了其光物理、电化学和热稳定性,并湿法制备高效率的单层小分子绿光PhOLEDs。该单层绿光PhOLEDs的起亮电压为3.5 V,最大亮度达到18000 cd m-2,电流效率达到20.8 cdA-1。(2)通过电子给体基团3,6-二(叔丁基)咔唑分别在电子受体基团二苯砜的3-,3’,4-,4'-位发生取代,合成了一系列咔唑/砜衍生物,它们均可用作TADF材料。系统研究了分子结构对这些材料的光物理、电化学和热稳定性的影响。通过改变电子给体的数目和在电子受体上的取代位置,使五种化合物的△EsT从0.39 eV降到0.22 eV。(3)合成了一系列基于N-苯基咔唑/三苯胺取代苯腈/2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪的衍生物。系统研究了分子结构对它们的光物理、电化学和热稳定性的影响。通过控制电子给体和电子受体的连接方式,四种化合物的AEST从0.75 eV降到0.18 eV。其中,三苯胺/N-苯基咔唑取代2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪的衍生物的AEST仅为0.18 eV和0.37 eV,可作为TADF材料。(4)合成了以N-苯基咔唑基团作为空穴传输基团,通过在咔唑环的3,6-位或2,7-位分别引入电子传输基团二苯砜基,得到了两种新型双极主体材料(36DDPSPC和27DDPSPC),并系统研究了它们的光物理、电化学和热稳定性。36DDPSPC和27DDPSPC具有较好的热稳定性,有较高的三线态能级,分别为3.00和2.86 eV,可以用作蓝色磷光双极主体材料。(5)合成了基于电子给体基团3,6-二(叔丁基)咔唑、3,6-二(叔丁基)三咔唑和电子受体基团二苯甲酮的TADF材料t-BuCz2BP和t-BuTCz2BP,系统研究了它们的光物理、电化学和热稳定性。t-BuTCz2BP的三线态能级为2.59 eV, △EST仅为0.05 eV,基于t-BuTCz2BP湿法制得了不含贵金属的非掺杂高效TADF绿光OLEDs。该器件的起亮电压为4.5 V,最大亮度达到4200 cd m-2,电流效率达到9.2 cdA-1。
【关键词】：有机电致发光 磷光 有机小分子 主体材料 双极 湿法 热激活延迟荧光
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;TQ422
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-48
• 1.1 有机电致发光概述12
• 1.2 有机电致磷光12-30
• 1.2.1 电致磷光发光原理12-14
• 1.2.2 磷光客体材料14
• 1.2.3 磷光主体材料14-30
• 1.3 热激活延迟荧光进展30-36
• 1.3.1 基于腈基的TADF材料32
• 1.3.2 基于三嗪的TADF材料32-33
• 1.3.3 基于砜的TADF材料33
• 1.3.4 基于三唑和VA二唑的TADF材料33-34
• 1.3.5 基于二苯甲酮的TADF材料34-36
• 1.3.6 其它类型的TADF材料36
• 1.4 当前存在的问题36-37
• 1.5 本论文的主要研究内容37-38
• 参考文献38-48
• 第二章 基于苯基咔唑和2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪的双极磷光主体材料的设计、合成及器件48-65
• 2.1 引言48
• 2.2 实验部分48-52
• 2.2.1 试剂和仪器49-50
• 2.2.2 苯基咔唑/2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪衍生物的合成50-52
• 2.2.3 有机电致磷光器件的制备52
• 2.3 结果与讨论52-58
• 2.3.1 材料的合成及表征52
• 2.3.2 热力学性质52-53
• 2.3.3 光物理性质53-54
• 2.3.4 电化学测试和理论计算54-55
• 2.3.5 电致发光器件55-58
• 2.4 结论58-60
• 参考文献60-65
• 第三章 咔唑/二苯砜衍生物的合成及其光谱性能的研究65-92
• 3.1 引言65-68
• 3.2 实验部分68-72
• 3.2.1 试剂与仪器68-69
• 3.2.2 咔唑/二苯砜衍生物的合成69-72
• 3.3 结果与讨论72-85
• 3.3.1 化合物的合成及表征72
• 3.3.2 晶体结构表征72-74
• 3.3.3 热力学性质74-76
• 3.3.4 紫外-可见吸收光谱的测定76-77
• 3.3.5 荧光发射光谱和磷光发射光谱的测定77-84
• 3.3.7 电化学测试84
• 3.3.8 理论计算84-85
• 3.4 结论85-87
• 参考文献87-92
• 第四章 基于N-苯基咔唑/三苯胺取代苯腈/2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪衍生物的合成及性能的研究92-112
• 4.1 引言92-94
• 4.2 实验部分94-96
• 4.2.1 试剂与仪器94-95
• 4.2.2 N-苯基咔唑/三苯胺取代苯腈/2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪衍生物衍生物的合成95-96
• 4.3 结果与讨论96-107
• 4.3.1 化合物的合成及表征96-97
• 4.3.2 理论计算97-98
• 4.3.3 晶体结构表征98-100
• 4.3.4 热力学性质100-101
• 4.3.5 电化学测试101-102
• 4.3.6 紫外-可见(UV-vis)吸收光谱的测定102-103
• 4.3.7 荧光发射光谱和磷光发射光谱的测定103-104
• 4.3.8 延迟荧光性能104-107
• 4.4 结论107-108
• 参考文献108-112
• 第五章 9-苯基咔唑/二苯砜衍生物的合成及性能研究112-128
• 5.1 引言112-114
• 5.2 实验部分114-116
• 5.2.1 试剂与仪器114
• 5.2.2 9-苯基咔唑/二苯砜衍生物的合成114-116
• 5.3 结果与讨论116-123
• 5.3.1 材料的合成及表征116-117
• 5.3.2 热力学性质117-118
• 5.3.3 光物理性质的测定118-120
• 5.3.4 Lippert-Mataga计算120-121
• 5.3.5 电化学测试121-122
• 5.3.6 理论计算122-123
• 5.4 结论123-125
• 参考文献125-128
• 第六章 咔唑/二苯甲酮衍生物的合成及性能的研究128-146
• 6.1 引言128-130
• 6.2 实验部分130-133
• 6.2.1 试剂与仪器130-131
• 6.2.2 咔唑/二苯甲酮衍生物的合成131-133
• 6.3 结果与讨论133-141
• 6.3.1 咔唑/二苯甲酮衍生物t-BuCz2BP和t-BuTCz2BP的合成133
• 6.3.2 理论计算133-134
• 6.3.3 热力学性质134-135
• 6.3.4 光物理性质的测定135-137
• 6.3.5 延迟荧光137-138
• 6.3.6 电化学测试138
• 6.3.7 电致发光性能的研究138-141
• 6.4 结论141-143
• 参考文献143-146
• 第七章 结论与展望146-148
• 7.1 研究结论146-147
• 7.2 研究展望147-148
• 博士阶段取得的成果148-150
• 致谢150

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本文编号：1040594