硅芴为桥的有机小分子蓝光材料的合成与性能分析

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近年来,有机发光二极管(OLED)已经人们公认为最有应用前景的、可应用在平板显示和固体照明的新一代显示技术。红绿蓝三基色对于实现全彩色发光是必不可少的。但是与绿、红光材料相比,蓝光材料发展还存在诸多问题,如荧光效率过低、荧光寿命较短和色纯度较差等,这些都极大地阻碍了蓝光材料发展为优良发光材料。因此,开发具有高荧光量子产率、宽能隙、高热稳定性、良好的无定形性薄膜的蓝光材料将成为发展全彩色OLED器件所要面临的巨大挑战。  芴类化合物由于具有高荧光量子效率,高热稳定性,结构易修饰等特点,成为蓝光材料中的明星分子。但是芴类衍生物9位碳原子在高温下容易被氧化成芴酮,进而引起长波发射,降低了色纯度和发光效率。本文采用Si原子代替芴的9位C原子,可以有效抑制长波发射,提高化合物的稳定性,得到具有高色纯度的硅芴蓝光材料。  本文首先通过Suzuki偶联反应在硅芴的2、7位连接具有强供电子能力的二苯胺基团和咔唑基团,合成了四个具有D-π-D对称结构的小分子蓝光材料,2,7-二--9,9-二甲基硅芴(TDMS),2,7-二-二苯胺苯基-9,9-二苯基硅芴(TDPS),2,7-二-咔唑苯基-9,9-二甲基硅芴(CDMS)和2,7-二-咔唑苯基-9,9-二苯基硅芴(CDPS),并通过氢谱、碳谱、质谱对它们进行结构表征。通过TGA、DSC分析测试显示该系列化合物热分解温度Td>386℃,说明它们都具有较高的热稳定性。通过循环伏安法(CV)测得,它们具有较高的HOMO能级和较宽的能隙,有利二苯胺苯基于空穴的注入与传输。通过UV、PL测试可知四个小分子的最大发射波长位于397-431nm蓝光区域内,具有较高的量子产率。以化合物TDMS、TDPS作为发光层构筑结构为ITO/PEDOT∶PSS/PVK∶X/Ca/Al掺杂型OLED器件(X分别为TDMS、TDPS),并与参比材料DPFL-NPB进行发光性能对比。当PVK与TDPS的掺杂比例为100∶20,色坐标为(0.153,0.441),最大发光亮度为1323 cd/m2,电流效率为1.15 cd/A,启亮电压仅有6.0V,EQE为1.16%,该器件展现了优良的发光效率。以四个硅芴小分子作为发光材料制作的无掺杂型双层结构OLED器件B: ITO/EML(50 nm)/TPBi(20 nm)/Ca/Al(EML为TDMS、TDPS、CDMS、CDPS和DPFL-NPB)。我们发现TDMS、TDPS、CDMS器件的综合发光性能都优于参比材料DPFL-NPB,其中TDPS发光性能尤为突出,CIE为(0.175,0.144),最大发光亮度为1794 cd/m2,EQE为1.36%,最大电流效率为1.62 cd/A,最大功率效率为0.38lm/W。  本文的第二部分通过Suzuki偶联反应在硅芴的2、7位引入具有大体积基团的三苯基硅基,合成了目标化合物2,7-二-三苯基硅基-9,9-二甲基硅芴(TBMS)和2,7-二-三苯基硅基-9,9-二苯基硅芴(TBPS),并通过氢谱、碳谱、质谱对其进行结构表征。通过TGA、DSC测试,可知TBMS、TBPS的Td>471℃,Tg分别为135.7℃和168.9℃。通过CV测得它们的HOMO能级达到了-5.91 eV和-5.96 eV,有利于空穴的传输。通过UV、PL测试化合物的光谱性质,结果表明它们的最大发射波长在378-381 nm之间,薄膜状态下保持了良好的光谱稳定性。这说明了三苯基硅苯基的引入,可以增大分子的空间位阻,可以减少分子间的π-π堆积,抑制分子间的聚集和激基缔合物的形成。
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