引入咔唑单元并具有枝化结构的蓝色电致发光材料的设计、合成与光电性能研究

摘要

蓝色电致发光材料的开发是有机电致发光领域至关重要的一部分。聚芴及其衍生物一直被视为最有前景的蓝光电致发光材料,然而其光谱稳定性问题一直困扰着更大范围的研究和利用。本文以开发高效稳定的蓝光材料为出发点,设计合成了一系列具有枝化结构的聚芴类材料,并通过引入咔唑基团进一步抑制材料的固态聚集,同时提高材料的空穴注入和传输能力。分别开发了引入咔唑的超支化聚芴体系和一个单分散的大分子多臂寡聚芴,得到了改善的光谱器件稳定性或热稳定性。最后又基于多臂寡聚芴所使用的三并咔唑枝化核开发了富含咔唑基团的六臂大分子,得到了深蓝的荧光发射并有希望用于空穴传输或三线态主体材料。本研究分为四个部分：
　　 第一章,概述了有机电电致发光(OLEDs)的基本原理及其对新材料开发所提出的要求。重点讨论了聚芴作为蓝光材料的应用前景和主要技术瓶颈。介绍了各种对聚芴材料的化学或结构改性,重点强调了通过构建枝化结构对聚芴光谱及器件性能的提高。同时讨论了咔唑衍生物在电致发光领域的应用及咔唑的引入对电致发光材料的改性特点。最后提出了本课题的研究内容及研究思路。
　　 第二章,设计合成了一系列具有弯折结构的星型三臂芴-三并咔唑衍生物C1-C3。弯折的臂结构被证明有效的提高了材料的无定型性和抗结晶性,得到了增强的固体薄膜态形貌稳定性。该类材料在溶液及薄膜形态都得到了高效率的蓝光发射。采用溶液旋涂法制备的单层器件得到了高纯度的蓝光发射,其中C3得到了最好的器件性能,CIE色坐标(0.16,0.15),最大外量子效率2.16％,最大亮度7714 cd(at10V),被证明是理想的蓝光电致发光材料。
　　 第三章,在第一章成功设计了单分散多臂大分子寡聚芴材料的基础上,进一步设计了一个基于三功能化三并茚核的超支化聚芴体系。区别于单分散寡聚物,超支化材料合成便捷,并有助于提高材料的形貌稳定性,尤其在对于聚芴类材料的固态聚集具有很好的抑制作用。通过利用三并茚核的特殊三维结构综合材料的高度枝化结构,并进一步引入具有扭曲结构的咔唑基团,得到了很好的无定形薄膜,成功的抑制了聚芴的固态聚集,200℃空气退火实验也验证了该材料相对均聚芴改善的光谱热稳定性。
　　 第四章,第五章,基于三并咔唑的六功能化前驱体,合成了以9-苯基咔唑取代的六臂型大分子,并通过叔丁基修饰咔唑的3,6位得到了更好的溶解性和无定形性。在溶液态和薄膜态均得到了深蓝的荧光发射,证明了三并咔唑核及9-苯基咔唑臂间有效的电子离域,紫外光谱的精细结构表明该枝化材料有效的抑制了三并咔唑核的固态堆积。热分析显示了材料为无定型特性并具有极高的热稳定性(Td＞435℃)。考虑到该星型分子几乎全咔唑的机构,有希望成为良好的空穴传输或三线态主体材料。6取代三并咔唑结构的引入,也为设计新型溶解加工的双功能化无定型电致发光或空穴传输材料提供了一定的指导。