本文關(guān)鍵詞：基于含硫電子傳輸基團(tuán)有機(jī)電致發(fā)光材料的合成及性能研究

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【摘要】：熒光／磷光主客體材料特性對OLED器件效率和壽命都起著關(guān)鍵性作用。由于傳統(tǒng)的熒光器件只能利用25%的單重態(tài)激子發(fā)光,因此傳統(tǒng)熒光材料的理論最大外量子效率只有5%。為了能有效的利用單重態(tài)激子和三重態(tài)激子,美國普林斯頓大學(xué)的Forrest教授利用重金屬配合物作為磷光染料,采用主客體摻雜體系,實(shí)現(xiàn)了磷光內(nèi)量子效率100%的發(fā)射。近幾年來,日本Adachi教授提出了熱致熒光理論(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF),從而實(shí)現(xiàn)理論內(nèi)量子效率為100%的熒光發(fā)射。S元素由于其最外層的6個(gè)電子結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出缺電子特性,同時(shí)S元素存在空置的3d軌道,因此含硫原子的引入能夠增強(qiáng)基團(tuán)的拉電子能力。另外,S經(jīng)過氧化形成的硫砜基團(tuán)顯示出很強(qiáng)的電子注入和傳輸特性,因此硫元素的引入還可以有效的調(diào)節(jié)分子的推拉電子特性。本文以含S元素的電子傳輸基團(tuán)為核心,通過鍵聯(lián)位置和取代基團(tuán)的不同設(shè)計(jì)合成了多種類的基于含硫電子傳輸基團(tuán)的OLED主客體材料。具體內(nèi)容如下： 概括的介紹了有機(jī)電致發(fā)光器件的基礎(chǔ)知識、發(fā)展歷程、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及含硫電子傳輸基團(tuán)在有機(jī)電致發(fā)光材料中的應(yīng)用,最后闡述本文的材料的設(shè)計(jì)理念和理論依據(jù)。 首次引用1,2,4-噻二唑?yàn)樽鳛榱坠庵黧w材料的電子傳輸基團(tuán),鍵聯(lián)空穴傳輸基團(tuán)咔唑,構(gòu)建了一系列雙極性磷光主體材料,研究結(jié)果表明此類材料不但表現(xiàn)出平衡的空穴/電子遷移率,而且分子的玻璃化溫度都在170℃左右,說明1,2,4-噻二唑基團(tuán)的引入對于調(diào)節(jié)載流子平衡和提高分子的玻璃化溫度起到了關(guān)鍵性作用。薄膜經(jīng)過高溫退火后,依然表現(xiàn)出較好的薄膜形態(tài)。構(gòu)建的綠光器件最大外量子效率達(dá)到了26.1%,且器件表現(xiàn)出比較低的滾降,在10000cd/m2的亮度下外量子效率依然保持在20%以上。 基于前面工作中器件的開啟電壓相對較高的問題,對材料進(jìn)行電子遷移率的調(diào)節(jié)。以1,2,4-噻二唑?yàn)橹行?在3,5位分別鍵聯(lián)叔丁基苯、咔唑、苯并咪唑,逐步提高化合物的電子遷移率。遷移率測試結(jié)果表明,隨著苯并咪唑基團(tuán)個(gè)數(shù)的增加,分子的電子遷移率會(huì)逐步提高,且制備的磷光器件的開啟電壓隨著主體材料電子遷移率的提高而逐漸降低。其中全電子型主體材料DBzTHZ的最大功率效率和外量子效率分別達(dá)到了95.4lm/W和23.4%,器件的效果,與分子設(shè)計(jì)理念相符合。 以二苯并硫砜為電子傳輸基團(tuán),通過分子設(shè)計(jì)直接把硫砜基團(tuán)引入到螺二芴上,保證分子具有較高的三重態(tài)能級,使其可以作為藍(lán)色磷光主體材料,并通過磷氧基團(tuán)的修飾構(gòu)建了因鍵聯(lián)位置不同的兩個(gè)全電子型磷光主體材料,并對此類化合物的藍(lán)色磷光器件性能進(jìn)行初步探究,取得了較好的效果,為下一步分子設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。 基于前面對二苯硫砜基團(tuán)的初步研究,通過分子設(shè)計(jì)在螺型結(jié)構(gòu)的兩邊分別引入二苯硫砜和咔唑、三苯胺基團(tuán),設(shè)計(jì)合成了合成了一系列具有雙極性的螺型藍(lán)色磷光主體材料,進(jìn)一步提高了二苯硫砜作為電子傳輸基團(tuán)構(gòu)建的磷光主體材料的器件效果。 基于硫砜優(yōu)良的電子注入和傳輸性能,通過羰基加入引入六元環(huán)狀噻噸酮基團(tuán),增加了其拉電子性能,與咔唑、三苯胺相連構(gòu)成的材料具有明顯的TADF效應(yīng),以此類化合物為客體,制備的熒光器件最大外量子效率達(dá)到10%以上,突破了傳統(tǒng)熒光理論外量子效率5%的極限。
【關(guān)鍵詞】：含硫電子傳輸基團(tuán) 磷光 熒光 延遲熒光 摻雜 有機(jī)電致發(fā)光
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 1 緒論13-38
• 1.1 OLED的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展14-15
• 1.2 OLED發(fā)光的基本原理15-23
• 1.2.1 光致發(fā)光原理15-19
• 1.2.2 電致發(fā)光原理19-21
• 1.2.3 有機(jī)發(fā)光二極管的光電特性與表征測量21-23
• 1.3 含硫電子傳輸基團(tuán)類熒光材料23-34
• 1.3.1 二苯并噻吩S,S-二氧化物類熒光材料23-26
• 1.3.2 苯并噻二唑類熒光材料26-28
• 1.3.3 噻二唑類化合物熒光主客體材料28-29
• 1.3.4 噻吩-1,1-二氧類熒光材料29-30
• 1.3.5 二苯硫砜類熒光材料30-34
• 1.4 含硫電子傳輸基團(tuán)類磷光主體材料34-35
• 1.5 含硫電子傳輸基團(tuán)類電子傳輸材料35-36
• 1.6 論文的基本設(shè)計(jì)思想36-38
• 1.6.1 含硫電子傳輸基團(tuán)的優(yōu)點(diǎn)36
• 1.6.2 含硫電子傳輸基團(tuán)類電致發(fā)光材料的主要問題36-37
• 1.6.3 論文設(shè)計(jì)思路37-38
• 2 1,2,4-噻二唑/咔唑類磷光主體材料的合成與表征38-55
• 2.1 引言38-39
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 2.2.1 合成路線39
• 2.2.2 具體合成過程39-42
• 2.3 結(jié)果與討論42-53
• 2.3.1 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的合成42
• 2.3.2 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的光譜性質(zhì)42-43
• 2.3.3 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的電學(xué)性質(zhì)43-44
• 2.3.4 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的熱力學(xué)性質(zhì)44-45
• 2.3.5 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的量子力學(xué)性質(zhì)45-46
• 2.3.6 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的形態(tài)學(xué)性質(zhì)46-47
• 2.3.7 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的遷移率47-49
• 2.3.8 1,2,4-噻二唑/咔唑類綠色磷光主體材料的電致發(fā)光性質(zhì)49-53
• 2.4 本章小結(jié)53-55
• 3 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的合成與表征55-70
• 3.1 引言55-56
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分56-59
• 3.2.1 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的合成路線56
• 3.2.2 具體合成過程56-59
• 3.3 結(jié)果與討論59-68
• 3.3.1 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的合成59
• 3.3.2 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的光譜性質(zhì)59-60
• 3.3.3 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的電化學(xué)性質(zhì)60-61
• 3.3.4 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類主體材料的熱力學(xué)性質(zhì)61-62
• 3.3.5 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類主體化合物的量子力學(xué)性質(zhì)62-64
• 3.3.6 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類主體化合物的載流子遷移率64-65
• 3.3.7 1,2,4-噻二唑/咔唑、苯并咪唑類磷光主體材料的電致發(fā)光性質(zhì)65-68
• 3.4 本章小結(jié)68-70
• 4 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的合成與表征70-86
• 4.1 引言70-72
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分72-76
• 4.2.1 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的合成路線72-73
• 4.2.2 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的具體合成過程73-76
• 4.3 結(jié)果與討論76-84
• 4.3.1 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的合成76-77
• 4.3.2 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的光譜性質(zhì)77-78
• 4.3.3 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的電化學(xué)性質(zhì)78-79
• 4.3.4 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的熱力學(xué)性質(zhì)79-80
• 4.3.5 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的量子力學(xué)性質(zhì)80-81
• 4.3.6 二苯硫砜/螺二芴、磷氧類磷光主體材料的電致發(fā)光性質(zhì)81-84
• 4.4 本章小結(jié)84-86
• 5 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的合成與表征86-101
• 5.1 引言86-87
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分87-91
• 5.2.1 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的合成路線87-88
• 5.2.2 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的具體合成過程88-91
• 5.3 結(jié)果與討論91-99
• 5.3.1 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的合成91
• 5.3.2 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的光譜性質(zhì)91-93
• 5.3.3 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的電化學(xué)性質(zhì)93
• 5.3.4 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的熱力學(xué)性質(zhì)93-94
• 5.3.5 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的量子力學(xué)性質(zhì)94-96
• 5.3.6 螺二苯硫砜/咔唑、三苯胺類磷光主體材料的電致發(fā)光性質(zhì)96-99
• 5.4 本章小結(jié)99-101
• 6. 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的合成與表征101-116
• 6.1 引言101-103
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分103-106
• 6.2.1 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光化合物的合成路線103-104
• 6.2.2 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的具體合成過程104-106
• 6.3 結(jié)果與討論106-115
• 6.3.1 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的合成106-107
• 6.3.2 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的光譜性質(zhì)107-108
• 6.3.3 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的電學(xué)性質(zhì)108-109
• 6.3.4 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的熱力學(xué)性質(zhì)109-110
• 6.3.5 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的量子力學(xué)性質(zhì)110-111
• 6.3.6 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的壽命111-113
• 6.3.7 噻噸酮/咔唑、三苯胺類延遲熒光客體材料的電致發(fā)光性質(zhì)113-115
• 6.4 本章小結(jié)115-116
• 總結(jié)與展望116-119
• 致謝119-120
• 參考文獻(xiàn)120-134
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄134-135
• 附錄2 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)藥品135-136
• 附錄3 最終產(chǎn)物核磁圖譜136-153

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本文編號：883697