论文部分内容阅读
有机发光二极管（Organic Light-emitting Diode,OLED）被认为是最具竞争力的下一代平板显示器和固态光源技术,它们具有驱动电压低,发光效率高,响应速度快和超薄等优点,在平板显示和固体照明领域具有非常广阔的应用前景。合成高效稳定的蓝光材料仍然是OLED发展的重点之一。分子内电荷转移型材料在改善载流子传输,调控发光材料的能级和合成TADF材料中得到了广泛应用,所以基于此思路我们设计了一系列基于二嗪单元桥连咔唑衍生物的给体-受体（Donor-acceptor,D-A）型同分异构发光体,对比研究了它们的热稳定性、光物理性质、电化学性质以及其OLED器件性能。首先我们采用经典的Suzuki偶联反应和沃尔曼偶联反应得到四种单取代化合物3,6-双（4-叔丁基-苯）-9基-2-嘧啶-9H-咔唑（M1）、3,6-双（4-叔丁基-苯）-9基-5-嘧啶-9H-咔唑（M2）、3,9-双（4-四叔丁基-苯）-6基-2-嘧啶-9H-咔唑（M3）和3,9-双（4-叔丁基-苯）-6基-5-嘧啶-9H-咔唑（M4）。这四种材料在常见的有机溶剂中都有较好的溶解性;在甲苯溶液（10-55 mol/L）中的最大发射波长分别为453、434、402、405 nm,属于深蓝色发光材料;M1和M4相对较小的偶极矩的变化表明咔唑基和杂环嘧啶单元之间的分子内CT特征不明显,有助于减少在掺杂OLED器件中的发光层的激子淬灭,这和M1和M4在甲苯溶液中相对较大的绝对荧光量子效率结果基本一致。通过测试发现四种材料都没有出现明显的玻璃化转变温度;材料M1、M2、M3和M4的热分解温度分别为289、313、243、321℃。根据M1、M2、M3和M4在甲苯溶液中的紫外初始吸收得到其光学能隙分别为3.63、3.72、3.46、3.54 eV。四种化合物在四氢呋喃和水的混合溶剂中均表现出聚集诱导发光效应。根据循环伏安法得到分子M1、M2、M3和M4的最高占据轨道能级为-5.69、-5.67、-5.66、-5.69 eV,类似地,M1、M2、M3和M4分子的最低未占据轨道为-2.29、-2.34、-2.36和-2.33 eV;计算得到化合物M1-M4的电化学能隙分别是3.40、3.33、3.30和3.36 eV;这与四种化合物在甲苯溶液中的紫外吸收光谱得到的光学能隙基本一致。说明本工作以二嗪异构体作为吸电子基团在咔唑的不同位置取代确实可以大范围调节蓝色发光材料的光物理特性。在第一部分工作的基础上,我们又合成了三种双取代蓝色荧光异构体,2,5-双（6,9-双（4-（叔丁基）苯基）-9H-咔唑-3-基）吡嗪（TCz-3PA-TCz）、9-（5-（6,9-双（4-（叔丁基）苯基）-9H-咔唑-3-基）吡嗪-2-基）-3,6-双（4-（叔丁基）苯基）-9H-咔唑（TCz-3,9PA-TCz）和2,5-双（3,6-双（4-（叔丁基）苯基）-9H-咔唑-9-基）吡嗪（TCz-9PA-TCz）。TCz-3PA-TCz、TCz-3,9PA-TCz和TCz-9PA-TCz在固体粉末状态下的玻璃化转变温度分别为99、101和100℃;TCz-3PA-TCz、TCz-3,9PA-TCz和TCz-9PA-TCz在固体粉末状态下的热分解温度分别为200、393和171℃,可以看出TCz-3,9PA-TCz比TCz-3PA-TCz和TCz-9PA-TCz的热稳定性更高。TCz-3PA-TCz、TCz-3,9PA-TCz和TCz-9PA-TCz在甲苯溶液中的光致发光波长为423、435、454 nm;根据甲苯溶液的紫外初始吸收计算出它们的光学带隙分别为2.94、2.90和2.74 eV;进一步,发现它们在水和四氢呋喃混合溶剂中的蓝光发射呈现聚集诱导猝灭现象。三种化合物掺杂在4,4’-双（9-咔唑基）-1,1’-联苯中的绝对荧光量子产率分别为10.75%、4.46%和16.70%。根据循环伏安法计算得到TCz-3PA-TCz、TCz-3,9PA-TCz和TCz-9PA-TCz的最高被占据分子轨道能级为-6.10、-6.09和-5.81 eV,这意味着TCz-3PA-TCz和TCz-3,9PA-TCz比TCz-9PA-TCz更难被氧化;其最低未被占据分子轨道能级分别为-3.19、-3.36、和-3.21 eV。此外通过溶液旋涂和真空热蒸镀制备了两组OLED器件,发现基于溶液旋涂制备的以TCz-9PA-TCz为发光层的OLED器件的驱动电压、最大外量子效率、最大电流效率、最大功率效率和最大亮度分别为4.0 V、2.67%、4.12 cd A-1、2.46 lm W-1和8052 cd m-2,综合器件发光性能要明显优于基于发光体TCz-3PA-TCz和TCz-3,9PA-TCz的器件。后续我们采用TCz-3,9PA-TCz作为客体材料,通过真空热蒸镀的方法制备了一系列器件,器件的驱动电压为3.5 V,最大亮度为6369.67 cd m-2,在亮度为100 cd m-2时的外量子效率为3.85%,并且相比旋涂的器件效率滚降明显有所降低,这说明通过吡嗪单元桥联咔唑的N-位和3-位是制备高效稳定电致发光材料的更加有效的结合模式。