基于芘的D-A型有机蓝色荧光材料的设计合成及电致发光性能研究

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近年来,有机电致发光器件(OLED)因其轻薄、便捷、可柔性等特点在全彩显示和固体照明领域受到越来越多的关注。有机发光材料作为OLED最基本的组成部分,其性质在很大程度上决定了相关器件的性能。经过三十余年科研工作者不断地努力,OLED红光和绿光材料在效率和稳定性上基本满足了商业化的要求。然而,蓝光材料的效率和寿命问题一直得不到改善,制约了 OLED产业化进程。本论文的研究目的就是设计开发新型有机蓝色荧光材料,研究其OLED器件性能。本论文的主要内容包括以下三个部分。第一,初步探讨了在芘分子特定位置上,通过分步导入电子供体(D单元)或电子受体(A单元)成功构建了两个新型双极性(D-A型)有机蓝色荧光材料分子。具体如下:首先在芘分子的1,3-活性位上导入苯基作为A单元或D单元,然后在5,9-K区位上导入4-甲氧基苯基或4-甲酰基苯基作为D单元或A单元,合成了两个D-A型分子5b(1,3-A/5,9-D结构)和5c(1,3-D/5,9-A结构)。与非D-A型5a分子相比,5b和5c分子具有较小的分子能隙、拥有分子内电荷转移(ICT)特性、高的荧光量子效率。基于D/A单元取代模式的巧妙设计,在溶液中实现了分子发光颜色的精准调控。有意思的是,这两个材料分子在净膜和掺杂膜状态下都呈现出高的深蓝荧光发射。第二,在前面的工作基础上,通过改变5,9-K区位上D/A单元的类型,系统地合成了一系列D-A型有机蓝色荧光材料分子(2b-d:1,3-A/5,9-D结构;2e-g:1,3-D/5,9-A结构)。该类材料分子具有良好的热稳定性(Td均大于300 ℃)。相比于非D-A分子2a,D-A分子2b-d和2e-g的吸收光谱和发射光谱都表现出一定的红移,源自材料分子本身的ICT特性。对于1,3-A/5,9-D结构的2b-d来说,2d表现出最大的红移,源自甲氧基取代基强的供电子特性;对于1,3-D/5,9-A结构的2e-g来说,2g表现出最大的红移,源自甲酰基取代基强的吸电子特性。我们发现对于该类D-A型芘分子设计来说,采取1,3-D/5,9-A结构比1,3-A/5,9-D结构更易实现较大的ICT特性,从而实现材料分子发光颜色的调制。第三,以5a,5b和5c为代表,研究了它们的OLED器件性能。首先分别以5a/5b/5c为客体发光材料,以CBP作为主体材料,制备了深蓝发光器件,EQE分别为3.33%,2.97%和2.48%,CIE色度坐标y值均小于0.10。然后,分别以5a/5b为主体材料,以经典的蓝光材料分子DSA-Ph为客体,获得了高效天蓝发光器件,EQE分别为8.04%和6.89%。实验结果证明该类分子是潜在的OLED深蓝发光材料。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
第1章 绪论第9-31页
    1.1 引言第9页
    1.2 有机电致发光二极管的发展第9-11页
    1.3 有机电致发光器件的发光原理及其表征第11-21页
        1.3.1 器件的发光原理第11-17页
        1.3.2 OLED器件结构第17-18页
        1.3.3 OLED器件性能表征第18-21页
    1.4 芘类有机蓝色荧光材料第21-29页
        1.4.1 芘类小分子荧光材料第22-25页
        1.4.2 芘类寡聚物和树枝状大分子荧光材料第25-27页
        1.4.3 芘类聚合物荧光材料第27-29页
    1.5 本论文的选题意义及主要研究内容第29-31页
第2章 D-A型1,3,5,9-四苯基芘第31-53页
    2.1 引言第31-33页
    2.2 实验部分第33-39页
        2.2.1 实验药品和试剂第33页
        2.2.2 表征方法第33-35页
        2.2.3 化合物的合成与表征第35-39页
    2.3 结果与讨论第39-52页
        2.3.1 理论计算第39-41页
        2.3.2 单晶数据分析第41-43页
        2.3.3 红外光谱第43-44页
        2.3.4 热稳定性第44-45页
        2.3.5 光物理性质第45-51页
        2.3.6 电化学性质第51-52页
    2.4 本章小结第52-53页
第3章 D-A型1,3,5,9-四苯基芘的设计、合成及光物理性能研究第53-71页
    3.1 引言第53页
    3.2 实验部分第53-58页
        3.2.1 实验药品和试剂第53-54页
        3.2.2 表征方法第54-55页
        3.2.3 化合物的合成与表征第55-58页
    3.3 结果与讨论第58-69页
        3.3.1 红外光谱第58页
        3.3.2 热稳定性第58-60页
        3.3.3 光物理性质第60-66页
        3.3.4 电化学性质第66-67页
        3.3.5 理论计算第67-69页
    3.4 本章小结第69-71页
第4章 蓝色有机荧光材料的OLED性能研究第71-79页
    4.1 引言第71-72页
    4.2 实验部分第72-73页
    4.3 器件制备与测试方法第73-78页
        4.3.1 基于D-A型1,3,5,9-芘基衍生物的OLED性能研究第73-74页
        4.3.2 以5a-c为客体,CBP为主体的OLED器件第74-76页
        4.3.3 以5a和5b为主体,DSA-Ph为客体的OLED器件第76-78页
    4.4 本章小结第78-79页
第5章 结论第79-81页
参考文献第81-91页
附录第91-99页
致谢第99-101页
攻读硕士学位期间的研究成果第101页
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