四苯基硅桥连的蓝紫发光材料的分子设计,合成化学及光电性能研究

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宽禁带蓝紫发光材料对于全色显示和白光照明具有重要意义,既可以提供三原色之一的蓝光,又可以作为母体激发绿光和红光染料以简化器件结构,同时相对于普通蓝光材料,近紫外-紫外发光材料光色更深,色坐标y值更小,更有利于降低全色显示中的功率耗。目前,红光和绿光材料已达到很高效率,部分已经商业化,但蓝紫发光材料效率还不尽如人意。这主要是由于蓝紫发光材料宽的禁带不利于实现高的荧光效率,一般需要通过增加生色团的刚性减少分子振动等非辐射过程来实现较高的荧光效率。另外,蓝紫发光材料宽的禁带会造成载流子注入困难,不利于器件效率的提升。常用的解决手段就是同时引入电子给受体基团,提升HOMO能级,降低LUMO能级,以降低载流子注入势垒。但这样往往会导致电子给受体基团之间电荷转移跃迁(charge transfer transition, CT transition)的发生,使发光红移。因此,如何降低载流子注入势垒同时保持材料宽禁带的发射,是设计合成近蓝紫发光材料需解决的重要问题。四苯基硅基团中硅原子采用sp3杂化,空间呈现正四面体扭曲构型,能够很好的打断连接在四苯基硅上各个基团之间的共轭。如果将HOMO能级较高的电子给体,LUMO能级较低的电子受体以及能量低于电子给受体的高发光效率的蓝紫生色团通过四苯基硅同时连接,就可能利用电子给受体基团降低载流子注入势垒,平衡载流子传输,有利于提升器件效率。四苯基硅的打断共轭作用能阻断电子给受体之间的电荷转移跃迁,防止因电荷转移引起的长波发射。根据Kasha规则,分子到达激发态后,会首先弛豫到能量最低点,然后辐射跃迁,因我们选择的蓝紫发光基团能量比电子给受体低,所以整个分子表现的是蓝紫发光基团这部分的发射,又因为四苯基硅能有效打断蓝紫发光基团与电子给受体之间的共轭,因此整个分子能保持蓝紫发光基团本身的发光不变。另外,四苯基硅类材料通常具有较好的热稳定性和成膜性,这些特点都有利于提升蓝紫发光材料的器件效率。因此,我们选择四苯基硅作为打断共轭的连接基团,将电子给受体和高效蓝紫生色团连接起来形成一个分子,就有可能充分利用各个基团的长处,实现材料高效率的蓝紫发光。我们通过前人的工作基础及文献调研,选择咔唑作为电子给体,吡啶作为电子受体,螺芴或四苯乙烯作为蓝紫生色团,通过四苯基硅将咔唑,吡啶,螺芴或四苯乙烯连接起来形成一个分子,希望能解决蓝紫发光材料面临的主要问题,实现较高的蓝紫发光器件效率。在第二章工作中,我们主要讨论由四苯基硅连接咔唑,吡啶和螺芴所形成的双极性近紫外-紫外发光材料的设计,合成与表征。四苯基硅连接三种不同基团的合成尚未有人报道,所以我们首先报道三种不同基团取代的四苯基硅材料的合成策略,随后我们讨论所得近紫外材料的热稳定性及其光电性能。我们设计合成的双极性近紫外-紫外发光材料CzPySiSF具有很好的热稳定性,蒸镀薄膜平整均一,器件电致发光光谱主峰为408nm,有效实现了近紫外-紫外发射,器件最大外量子效率达到0.59%。第三章工作中,我们选择具有高固态发光效率的四苯乙烯作为蓝光生色团,仍然选择咔唑和吡啶分别作为电子给受体。通过四苯基硅将这三种基团相连所得材料具有良好的热稳定性和明显的聚集诱导发光性质。所得到的双极性AIE材料CzPySiTPE器件最大外量子效率为1.12%,发射主峰约465nm,有效实现了四苯乙烯的蓝光发射,同时器件1.12%的外量子效率相对单个四苯乙烯0.4%的外量子效率有极大提升,从而开辟了新的双极性AIE蓝光材料的设计方法。
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