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热活化延迟荧光(TADF)材料由于具有合成简单、不含贵重金属元素(铱、铂等)、全光谱覆盖以及100%激子利用率等优点,已经逐步取代磷光材料成为第三代显示技术的核心材料。尽管TADF-OLED器件的外量子效率(EQE)在整个可见光谱范围内均能够超过20%,但仍不可避免地面临着一些问题。一,为了满足Dexter能量转移的短程电子交换需求,TADF分子作为发光材料使用时其掺杂浓度一般处于相对较高的水平(≥5%,主客体掺杂)。在该掺杂浓度条件下,TADF分子实际上是以聚集体的状态(即聚集态)存在,而不是理想的单分子分散状态。此时,超分子结构对材料的发光性能起着决定性作用。遗憾的是,到目前为止,有关TADF材料超分子结构的研究鲜有报道。二,基于单一有机小分子的白光有机电致发光器件(WOLED)具有制作工艺简单、价格低廉、电致发光光谱稳定以及不发生颜色老化等优点,是目前急需突破的研究热点。考虑到传统荧光WOLED较低的器件效率(EQE≤5%)以及磷光WOLED较高的制造成本,构建单一的TADF有机小分子白光体系(包含光致和电致白光)成为理想的解决方案,这在目前仍十分具有挑战性。三,对于TADF-OLED,电激发产生的三重态激子(T1)经RISC上转换为单重态激子(S1)耗时较长,该过程会不可避免地导致T1激子的累积,从而形成强烈的三线态-三线态湮灭(TTA)和单线态-三线态湮灭(STA),即严重的效率滚降。因此,需要合理的超分子和器件结构设计来实现高效、稳定的器件性能。本论文以占吨酮及其衍生物作为受体核构建了一系列新型的TADF材料,主要研究内容为:1、在第2章中,我们利用简单的反应合成了基于占吨酮(XO)受体和吩噁嗪(PXZ)给体的D-A型TADF分子3-PXZ-XO,并通过不同的晶体培养方式,最终获得了三种不同发光特性的晶相A、B和C。光物理测试表明,三种晶相的最大发光波长分别为535 nm(绿光,A)、555 nm(黄光,B)和576 nm(橙光,C);荧光量子效率(PLQY)分别为51%(晶相A)、28%(晶相B)和39%(晶相C);延迟荧光寿命分别为914 ns(晶相A)、774 ns(晶相B)和994 ns(晶相C)。超分子结构解析表明,三种晶相相邻分子之间均存在着不同类型的给体-给体(D-D)或受体-受体(A-A)π-堆叠相互作用。因此,晶相A、B、C不同的TADF特性应归因于其不同的超分子结构,即合理的非共价键相互作用(π-π,氢键和C-H···π等)和超分子结构调控能够显著增强材料的TADF性能。2、在第3章中,根据前一章的工作,我们选用结构更为灵活的二苯胺(DPH)基团来代替PXZ给体与XO受体偶联,获得了固态下具有高效白光发射特性的3-DPH-XO分子。理论计算、超分子结构表征以及光物理测试表明该白光发射来自于不同晶相(A、B和C)一定比例的自发组合。其中,受体-受体π-堆叠特性的晶相B和C均表现出明显的TADF行为,表明适当的非共价键相互作用和超分子结构调控可以增强RISC过程,进一步印证了第2章的结论。此外,晶相B(受体间长程的π-堆叠)还具有特殊的双荧光发射特征。本章的研究结果为进一步设计开发新型、高效的单分子白光材料以及TADF材料指明了方向。3、在第4章中,我们通过对前一章3-DPH-XO分子的受体核进行简单的化学修饰:(1)选用面积更大的苯并占吨酮(BXO)受体;(2)在XO受体核上引入空间占位原子Br(同时也能够增强目标化合物的ICT特性),均实现了目标TADF分子10-DPH-BXO和3-DPH-6-Br-XO晶体(超分子聚集体)的双荧光发射。理论计算、晶体解析以及光物理测试表明,它们都具有受体间长程π-堆叠的超分子结构;并且,10-DPH-BXO晶体(聚集体)的双发射分别来自超分子聚集体S1(TADF)和S2(普通荧光)能级的跃迁,为超分子聚集体整体的发光;而3-DPH-6-Br-XO晶体(聚集体)的双发射则分别来自于单体(TADF-1)和超分子聚集体(TADF-2)S1能级的跃迁。以10-DPH-BXO和3-DPH-6-Br-XO为发光材料制备的TADF-OLED均表现出良好的白光性能。其中,10-DPH-BXO随着掺杂浓度的变化,电致发光光谱能够覆盖冷白光、近纯白光以及暖白光等发光区域,对应器件的最大EQE分别为8.13%(冷白光)、4.89%(近纯白光)和3.55%(暖白光),均代表着目前基于单分子荧光染料WOLED的最好性能之一。3-DPH-6-Br-XO在较高掺杂浓度范围内(15 wt%到30 wt%)均表现出暖白光发射,由于短波区同样为TADF发光,其器件EQE高达14.85%,远远超过目前基于单分子荧光染料WOLED的最高水平。本章的研究工作表明,合理的分子结构和超分子结构调节是获得高性能有机单分子WOLED的一种有效途径。4、在第5章中,结合前几章的工作,我们通过降低XO受体核的π-电子共轭程度,得到了体积较小、结构较为灵活的D-A型TADF分子PXZ-CMO。并以其作为发光材料制备了两组结构相同的OLED器件(仅发光层组成不同),最优发光层结构分别为:15 wt%PXZ-CMO:MCP(器件G1)和20 wt%PXZ-CMO:DPEPO(器件G2)。有意思的是,虽然器件G1和G2具有相似的电致发光光谱、近乎相等的EQE值(G1:12.1%,G2:11.8%),器件G1却表现出远小于器件G2的效率滚降:在1000 cd m-2亮度下G1能够保持EQE为10.8%,而G2则仅为6.4%。光物理性质研究表明,器件G1的低效率滚降源自其发光层中PXZ-CMO分子T1激子的双通道辐射跃迁。本章的工作极大地拓宽了高效率、低滚降的TADF-OLED的设计思路。综上所述,本论文采用分子和超分子结构调控的方法,基于占吨酮衍生物电子受体设计合成了一系列具有D-A结构特性的共轭有机分子。系统地阐释了激发态特性与分子、超分子结构的内在联系,巧妙地获得了光致和电致条件下基于单一TADF分子的白光发射,并且通过合适的主体选择,实现了同一种TADF分子T1激子的双通道辐射跃迁,大大降低了电致发光器件的效率滚降。