有机发光二极管(OLED)作为一种自发光材料,由于具有轻薄且可弯曲的特性,在可穿戴设备及机器人等领域具有极大的优势和应用前景。在工业、消防、航天、军事等特种环境下,即使使用了隔热材料,实际工作温度也可能在200℃以上。而目前商业应用的OLED显示屏工作温度最高约为85℃,因此特种环境下的应用需求对OLED工作温度提出了更高的要求(玻璃化转变温度(Tg)>200℃)。作为OLED全彩色显示必需的三原色之一,红色有机发光材料的发展落后于蓝色及绿色发光材料。目前红色有机发光材料大多数为金属有机配合物,需要稀土金属或者贵金属元素。同时具有严重的聚集荧光淬灭效应,因此只能掺杂使用,具有易发生相分离、不稳定、器件整体发光效率低等缺点。因此,研究开发新型非掺杂非金属有机红光材料成为这一领域的研究重点之一。双吲哚马来酰亚胺(BIM)衍生物在近十年来被发现是一类优良的非掺杂型红色发光材料,具有发光性能优异、没有聚集荧光淬灭效应、易于通过衍生化调节发光性能、热稳定性好等优点。然而目前有关BIM的发光是否存在电荷转移机制仍存在争议,而且已有的BIM衍生物发光材料无法同时满足高玻璃化转变温度(Tg>200℃)及红色发光(1m>620nm)等需求。因此本论文在理论模拟计算的基础上,以开发新型高玻璃化转变温度红色BIM衍生物发光材料为目标展开了一系列研究。研究主要内容如下:1.双吲哚马来酰亚胺及其衍生物的构型及发光机理研究为了进一步研究其发光特性,同时为后续BIM衍生物发光材料的开发提供指导,本论文以量子化学为基础,根据BIM溶液的特点选择了适当的计算方法,研究了 BIM及其衍生物在溶液中的构型及发光机理,通过激发前后电子密度差分析及电子-空穴分布分析方法对激发过程进行了分析,结果表明BIM三种极限构象(α,β,γ)均存在电荷转移激发特性。研究还发现计算得到的α构象的BIM的第一激发态存在明显的红移,并通过文献结果和实验证实了这一现象。本论文还利用相对自由能差计算得到了不同溶液中BIM三种极限构象(α,β,γ)的比例。结果表明在所有溶剂中,γ构象的BIM都占有绝对优势,尤其在非极性溶剂中可达90%以上。对三种构象的激发光谱按比例进行加和,所得到的激发光谱与实验光谱吻合度很高,这也表明计算方法具有很高的可信度。同时本论文还发现BIM存在分子内π-π相互作用,这种发生在两个吲哚环之间的相互作用降低了 BIM分子整体能量,而γ构象的分子内π-π相互作用最强,导致其具有最低的能量和优势分布。然而这同时也削弱了电荷转移激发,α构象的分子内π-π相互作用最弱,因此具有更强的电荷转移效应,导致其激发波长红移。2.双吲哚马来酰亚胺-二苯砜/酮共聚物的合成研究为了提高BIM衍生物的玻璃化转变温度,需要将其与芳香基团共聚,因此本论文根据前面计算模拟的研究结果,首先以γ构象的BIM为基础构建聚合物发光材料。本论文在BIM衍生物单体的合成过程中实现了对BIM酰亚胺NH高选择性、高收率的取代。之后以吲哚NH作为聚合位点与4,4’-二氟二苯砜及4,4’-二氟二苯酮进行缩聚反应,得到了相应的共轭聚合物。该聚合反应具有简单且无需金属催化剂的特点,同时马来酰亚胺在聚合反应条件下不易发生水解反应。单体和聚合物通过FT-IR、1HNMR、元素分析等手段进行了表征,结果表明所得产物与目标结构相符。所有聚合物在非质子偶极溶剂中都具有良好的溶解度。单体及聚合物的热性能通过DSC和TGA进行了测试,聚合物的玻璃化转变温度较单体提高了 120℃以上,5%失重温度也提高至约400℃,且800℃残留量最高可达69%。同时聚合物的荧光发射峰发生了 8-18nm的蓝移,荧光强度也有不同程度的降低,其中N-甲基取代BIM与二苯砜共聚的聚合物PMBS具有最高的荧光强度,与单体相当。计算模拟结果表明BIM与共聚基团共轭程度不高,砜基和羰基的吸电子效应导致了荧光光谱蓝移和强度降低。3.双吲哚马来酰亚胺-芴聚合物的合成研究结合前面两部分的研究结果,为进一步提高聚合物的发光强度和得到红色发光材料,拟通过以BIM中吲哚环上的5-位为聚合位点与芴基团进行聚合,得到α构象为主的BIM共轭聚合物,以同时实现高玻璃化转变温度和红色发光。首先通过与之前不同的合成路线合成得到了 NH均被取代且吲哚5-位被溴取代的BIM衍生物单体,然后再与2,7-二频哪醇硼-9,9-二甲基芴及2,7-二频哪醇硼-9,9-二己基芴通过Suzuki偶联反应进行聚合。得到的单体和聚合物通过FT-IR、1H NMR、元素分析等手段进行了表征,结果表明所得产物与目标结构相符。所有聚合物在非质子偶极溶剂中都有良好的溶解度。单体及聚合物的热性能通过DSC和TGA进行了测试,聚合物的玻璃化转变温度较单体提高了 80℃以上,5%失重温度也提高至约350℃,且600℃残留量最高可达70%,所得聚合物荧光强度与单体相比提高了最高30%,同时荧光光谱与单体相比发生了约20nm的红移,实现了红色发光。计算模拟结果表明芴基团与BIM共轭程度较高,一定程度上参与了聚合物第一激发态,导致了荧光光谱红移和强度增强。