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聚芴类蓝光高分子因其具有高的荧光量子效率而广泛应用在有机电致发光器件中。但是,聚芴器件的光谱稳定性较差,在500-600nm之间会有绿光峰的出现。研究认为,该绿光峰来源于芴单元上的亚甲基被氧化后生成的芴酮缺陷或者主链之间的聚集导致的激基缔合物。将N原子取代芴单元中sp3杂化的C原子,得到聚(2,7-咔唑)。这类蓝光材料虽然避免了聚芴中芴酮的缺陷,但是由于主链之间强的π-π相互作用,导致了固态下量子效率的降低和激基缔合物的产生。
为了解决这些问题,本论文中,我们首先将刚性的N-苯基咔唑作为聚(2,7-咔唑)的侧链,设计合成了一系列具有不同分子量的N-苯基咔唑取代的聚(2,7-咔唑)。研究发现,由于刚性N-苯基咔唑单元的引入,所有聚合物在固态下的荧光量子效率达到了0.40左右。而且聚合物链之间的相互聚集得到了有效的抑制,从而避免了烷基取代的聚合物中出现的激基缔合物发射,提高了蓝光的色纯度。同时,随着分子量的增加,聚合物主链的共轭长度逐渐增加,相应的溶液中的最大吸收峰和发射峰表现出4-5nm的红移,但是器件性能几乎不受分子量的影响。其中,聚合物BCzPCz01的最大电流效率,功率效率和外量子效率分别达到了0.33cd/A,0.19lm/W和0.3%,色坐标CIE为(0.18,0.12),且在46-186mA/cm2的电流密度下表现出来良好的光谱稳定性。
在此基础上,我们同时将具有空穴传输能力的N-苯基咔唑和具有电子传输能力的三苯基氧磷单元引入到聚(2,7-咔唑)的侧链,通过调节它们之间的相对含量,设计合成了一系列具有双极传输特性的聚(2,7-咔唑)类蓝光材料。三苯基氧磷取代基的含量对聚合物的吸收光谱,发光光谱以及电化学行为几乎没有影响。但是相对于N-苯基咔唑取代的聚(2,7-咔唑)而言,该类双极聚合物在固态下的荧光量子效率提高了5~12%。其中,PCzPO30在固态下的量子效率高达0.66,要稍高于聚芴的0.61。同时,三苯基氧磷取代基的引入,很好的改善了聚合物的电子注入/传输能力,使得器件的效率大约提高了1倍左右。和BCzPCz01相比(0.33cd/A),PCzPO30的最大电流效率,功率效率和外量子效率分别为0.70cd/A,0.46lm/W和0.81%,色坐标CIE为(0.17,0.09)。值得注意的是,PCzPO30的器件性能已经和聚芴相当,这揭示着PCzPO30在未来可以替代聚芴用于有机电致发光领域中。