【摘要】：開發(fā)新型有機(jī)激光增益介質(zhì),對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體激光的發(fā)展,特別是電泵浦有機(jī)激光的發(fā)展有著極其重要的意義。本論文從設(shè)計(jì)開發(fā)高性能有機(jī)激光增益介質(zhì)為出發(fā)點(diǎn),針對(duì)低ASE/激光閾值、良好熱/光穩(wěn)定性、高光學(xué)增益、高發(fā)光效率、高載流子遷移率、三線態(tài)激子利用等材料設(shè)計(jì)難點(diǎn),通過引入高效發(fā)光結(jié)構(gòu)單元,大平面共軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),和構(gòu)筑能量傳遞等方式給出解決方案,開發(fā)出了一系列性能優(yōu)異的有機(jī)激光增益介質(zhì)材料體系。本論文進(jìn)一步通過有機(jī)電致發(fā)光器件的制備和激光器件集成,系統(tǒng)研究了增益介質(zhì)的電致發(fā)光性能、光放大行為、光學(xué)增益行為、激光行為以及增益介質(zhì)與光物理行為之間的構(gòu)效關(guān)系。具體分為以下七個(gè)部分:第一章,簡(jiǎn)要介紹有機(jī)激光領(lǐng)域的發(fā)展,光放大原理與激光的構(gòu)成,介紹了光反饋結(jié)構(gòu)的主要組成,并重點(diǎn)介紹有機(jī)增益介質(zhì)的研究現(xiàn)狀。同時(shí),闡述了實(shí)現(xiàn)有機(jī)電泵浦激光的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。最后,以此為依據(jù)提出本論文的研究思路和創(chuàng)新點(diǎn)。第二章,設(shè)計(jì)合成了一系列具有不同柔性鏈取代基的芘封端苯基芴衍生物材料體系(PFP-X,X=1-4),研究柔性鏈取代基的變化對(duì)光電性質(zhì)的影響。研究表明,柔性鏈的增長(zhǎng)可以有效降低分子間相互作用,抑制小分子結(jié)晶屬性,從而提高材料成膜性能和光物理性質(zhì)。同時(shí),其表現(xiàn)出了出眾的電致發(fā)光性能和光放大行為,實(shí)現(xiàn)了非常低的激光閾值。第三章,針對(duì)一類新型大平面共軛材料體系(梯形材料),提出了星狀梯形大分子的設(shè)計(jì)理念和合成方法。通過采用三并茚作為中間的核結(jié)構(gòu),不同共軛長(zhǎng)度的全梯形作為臂結(jié)構(gòu)骨架,并用二苯胺進(jìn)行封端來構(gòu)筑星狀梯形大分子(TrL-n,n=1-3),其表現(xiàn)出了完美的分子結(jié)構(gòu)完整性,來避免化學(xué)缺陷。TrL-n梯形大分子材料體系可以有效抑制低能帶發(fā)光,并獲得了非常低的ASE閾值,說明了這一類材料作為有機(jī)增益介質(zhì)廣闊的應(yīng)用前景。第四章,在第三章工作的基礎(chǔ)上,采用更為剛性的螺芴作為核來構(gòu)筑三維星狀全梯形大分子(SpL-n,n=1-3)。SpL-n表現(xiàn)出了極其出色的熱/光穩(wěn)定性和ASE/激光性能。同時(shí),基于SpL-n材料體系,我們實(shí)現(xiàn)了基于目前π-共軛有機(jī)增益介質(zhì)最高的光增益系數(shù)(170 cm~(-1))。研究表明,通過螺芴的星狀全梯形大分子的巧妙分子設(shè)計(jì),結(jié)合了功能化官能團(tuán)的優(yōu)勢(shì),為電泵浦有機(jī)激光提供強(qiáng)大的分子設(shè)計(jì)策略支持。第五章,繼續(xù)基于螺芴結(jié)構(gòu)構(gòu)筑線性梯形材料體系,系統(tǒng)研究分子構(gòu)型對(duì)材料體系發(fā)光行為,特別是光放大行為的影響。研究發(fā)現(xiàn),星狀梯形大分子相較于線性小分子材料,表現(xiàn)出了更低的ASE閾值,更好的熱穩(wěn)定性和更出眾的光學(xué)增益行為。第六章,通過引入銥配合物作為“三線態(tài)激子放大器”和熒光聚合物F8BT作為增益介質(zhì),來構(gòu)筑三線態(tài)-單線態(tài)主客體摻雜體系實(shí)現(xiàn)光放大。在三線態(tài)-單線態(tài)主客體摻雜體系中,我們實(shí)現(xiàn)了光放大過程,同時(shí),相較于未摻雜體系,其表現(xiàn)出了低于三倍的ASE閾值和更出眾的激光行為。另外,在電驅(qū)動(dòng)條件下,基于三線態(tài)-單線態(tài)主客體摻雜體系的熒光OLED器件也相較于未摻雜體系表現(xiàn)出了更出眾的器件性能。我們提供了一種新的方法學(xué)來通過能量傳遞管理三線態(tài)激子,實(shí)現(xiàn)光放大和更好的OLED器件性能,對(duì)未來有機(jī)激光二極管的發(fā)展提供新的思路。第七章,我們對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)以及展望有機(jī)激光發(fā)展未來。
【圖文】：

1977 年 A. Heeger 等人發(fā)現(xiàn)了摻雜型聚乙炔 (Polyacetylene)具備導(dǎo)電性，拉開了有的序幕，引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注[1]；1987 年，柯達(dá)公司鄧青云博士等人發(fā)明了構(gòu)有機(jī)雙層薄膜電致發(fā)光器件，標(biāo)志著有機(jī)電致發(fā)光進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)代[2]；1990迪許實(shí)驗(yàn)室 R. Friend 等人報(bào)道了基于聚(p-苯基撐) (PPV)的首例聚合物電致發(fā)光器件科學(xué)家們對(duì)基于有機(jī)半導(dǎo)體材料相關(guān)理論研究的深入，p-n 能帶調(diào)控和 D-A 分子設(shè)大拓展了有機(jī)半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料體系，有機(jī)半導(dǎo)體材料已經(jīng)成功應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二EDs)、有機(jī)太陽能電池 (OPVs)、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (OTFTs)、有機(jī)電存儲(chǔ) (Ororys)、有機(jī)傳感器 (OrganicSensors)、有機(jī)半導(dǎo)體激光 (OrganicSemiconductorLase (如圖 1.1 所示)。而其中，基于有機(jī)材料體系的有機(jī)發(fā)光二極管已經(jīng)成功步入產(chǎn)業(yè)其本身可視度和亮度較高，加之柔性、便攜帶等特點(diǎn)，成為 21 世紀(jì)最具前景的發(fā)光。正是基于在有機(jī)電子領(lǐng)域的原創(chuàng)性工作和杰出貢獻(xiàn)，A.Heeger，A.MacDiarmid 和 (H. Shirakawa)三位科學(xué)家被授予 2000 年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[4-6]。

.3 激光組成的三要素：泵浦源，激光增益介質(zhì)和結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)光放大，有機(jī)增益介質(zhì)需要具有類四能有明確的選擇性。類四能級(jí)系統(tǒng)示意圖如圖 1.4 所子基態(tài)能級(jí) (S0, level 1)激發(fā)到電子激發(fā)態(tài) (S1, l至最低電子振動(dòng)能級(jí) (level3)。當(dāng)激子從激發(fā)態(tài)續(xù)光放大過程。當(dāng)處于激發(fā)態(tài)激子數(shù)量大于基態(tài)的級(jí)系統(tǒng)定義了最低的激光閾值，因?yàn)榭紤]到反饋腔粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。有很多不利的光學(xué)損耗，例如，材料本身的自吸收和電荷吸收，這些光學(xué)損耗可以降低材料對(duì)泵浦光光發(fā)射。如圖 1.4 所示，處于激發(fā)態(tài) (S1)的激子可態(tài)激子本身長(zhǎng)的壽命，可以發(fā)生三線態(tài)激子聚集。熒光帶發(fā)生重合，，從而降低單線態(tài)激子數(shù)量導(dǎo)致
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN24;TN721


本文編號(hào)：2616147