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聚合物发光材料具有成本低、重量轻、容易制备以及有可能制备成柔性器件等突出优点,在发光二极管、场效应二极管、固体激光、光伏器件以及生物传感器等领域有着巨大的应用前景,因此近年来受到广泛的关注。PPV及其衍生物作为众多共轭聚合物中耀眼的一族,被认为是最具有应用前景的发光聚合物之一。在聚合物发光二极管的研究中,对于蓝光和白光PPV衍生物的开发更是光电材料研究的热点。
本论文设计并合成了含联苯的均聚物P1以及含联苯和三苯胺的共聚物P2。具有扭曲结构的联苯单元的引入造成了聚合物有效共轭链长的减少,P1和P2均实现了蓝光发射。相对P1而言,由于侧链三苯胺的引入,P2的电致发光性能得到了较大的改善。为了获得白光材料,我们设计并合成了黄光材料P3,并详细研究了P3的光致发光,电化学以及电致发光性能。最后以蓝光材料聚芴衍生物为主体,与黄光材料PPV衍生物共聚制备了白光材料,并详细研究了聚合物体系的能量转移以及电致发光性能的变化规律。论文获得的结果如下:
1.通过Gilch和Wittig-Horner聚合反应合成了两种具有新颖结构的蓝光聚合物(P1和P2)。聚合物P2具有良好的热性能,热失重温度(5%)高达416℃,玻璃化转变温度(Tg)为120℃。相对均聚物P1而言,由于侧链三苯胺的引入,聚合物P2在三氯甲烷溶液中的荧光效率高达0.90。以P2为发光层的单层器件在低的驱动电压下发射出蓝光,其最大发射波长为472nm,器件的最大电流效率为0.16cd/A。器件P1和P2具有低的发光亮度表明了主链含联苯单元的共轭聚合物不适合应用于聚合物电致发光材料。
2.通过Wittig-Horner聚合反应合成了侧链为三苯胺基团的黄光聚合物(P3)。聚合物P3的热失重温度(5%)达354℃,玻璃化转变温度(Tg)为90℃。聚合物P3表现出良好的电致发光性能。以P3作为发光层的单层器件的开路电压为4V,器件的最大发光亮度达3003cd/m2,最大电流效率为0.5cd/A。器件P3具有高的发光亮度表明了在PPV侧链上引入三苯胺能够显著提高共轭聚合物的电致发光性能。
3.主要研究了不同发光齐聚物以及含量对含非共轭链段的发光嵌段共轭聚合物的能量转移和电致发光性能的影响。将端基为酯基的绿光和黄光齐聚物(GEO和YEO)化学共聚到端基为醛基的蓝光主体材料BEO中,制备了白光电致发光材料。绿光段的引入使得能量从蓝光段主体向黄光段的转移更加有效。嵌段共轭聚合物的电致发光器件的最大亮度随着黄光段含量的增加而显著降低。嵌段共轭聚合物的电致发光性能表明化学共聚体系的能量转移相对物理的共混体系而言更加有效,并且由于聚合物体系中各发光段的相分离效应明显减弱,基于嵌段共轭聚合物的电致发光光谱具有良好的电压稳定性。基于GEO8-BEO-YEO4的发光器件具有最高的电致发光性能,器件的发光亮度达到了2309 cd/m2。以GEO2-BEO-YEO4为发光层的单层器件的最大亮度为324cd/m2,最大电流效率为0.23cd/A。以GEO2-BEO-YEO4以及BEO-YEO8的单层发光器件ITO/PEDOT:PSS/Copolymer/Ca/Al在10V驱动电压下的色坐标为(0.24,0.28),(0.26,0.37),分别处于白蓝和绿白光区域。