【摘 要】
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近来,纯有机热活化延迟荧光(TADF)材料及器件受到了学界和业界的广泛关注。尽管TADF器件已经取得了极高的效率,但是严重的效率滚降(roll-off)和过短的寿命都制约着TADF器件进一步的实际应用。如何在保证高效率的同时抑制器件的roll-off、提高器件寿命成为了一个亟待解决的问题。基于此,本论文设计合成了一系列TADF染料和主体材料,制备了相应的TADF器件,并详细地探讨了主客体及其相互作
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近来,纯有机热活化延迟荧光(TADF)材料及器件受到了学界和业界的广泛关注。尽管TADF器件已经取得了极高的效率,但是严重的效率滚降(roll-off)和过短的寿命都制约着TADF器件进一步的实际应用。如何在保证高效率的同时抑制器件的roll-off、提高器件寿命成为了一个亟待解决的问题。基于此,本论文设计合成了一系列TADF染料和主体材料,制备了相应的TADF器件,并详细地探讨了主客体及其相互作用对TADF器件性能的影响。主要成果如下:1.通过在给体基团上引入杂原子O、S和N,设计、合成了六个深蓝光/蓝光TADF材料。研究发现,降低TADF材料给体基团内杂原子到受体基团的距离,能够有效增大杂原子对TADF材料单线态和三线态自然跃迁轨道的贡献,增加单线态和三线态n-π*跃迁的比例,增强二者间的自旋轨道耦合(SOC),进而提高TADF材料的反向系间窜越速率,降低器件内TADF染料的三线态激子浓度,在保证器件高效率的同时抑制器件的roll-off。基于TADF染料BFCZPZ1和BTCZPZ1制备的深蓝光和蓝光器件的最高外量子效率(EQE)可达6.5%和21.1%。同时,二者在1000 cd m-2下的EQE仍能保持在3.8%和10.6%。2.设计、合成了八个三亚苯基n型主体材料。研究发现,相邻主体分子内三亚苯基团间的强π-π相互作用力能够使主体材料形成有序排列,从而抑制了相邻主体分子间距离的波动和电荷跳跃位点能量的波动。通过进一步设计给体-受体型主体材料,调控材料内传输电子的最低未占分子轨道(LUMO)位于三亚苯基团上,能够使主体材料沿三亚苯堆积方向形成电子传输通路,大幅提高其电子迁移率,最高可达9.66×10-4 cm2 V-1 s-1。基于上述主体材料制备的绿光TADF器件的最高EQE可达16.3%。同时,由于器件内的湮灭过程被有效抑制,其EQE在5000和10000cd m-2下仍能保持在15.3%和13.8%。3.设计、合成了五个三线态能级、前线轨道能级和载流子迁移率不同的主体材料,成功的调控了TADF器件内的载流子复合方式。对器件roll-off的研究表明,由于器件内的三线态-三线态湮灭和单线态-三线态湮灭过程被有效抑制,郎之万复合(LR)主导器件的roll-off低于电荷捕获辅助复合(TAR)主导器件。而对器件寿命的研究表明,高能主体三线态激子是导致TADF器件老化的主要原因之一。通过选用三线态能级略高于TADF染料的n型主体材料结合器件结构优化,LR主导TADF器件具有比TAR主导TADF器件更长的寿命。基于该策略,设计了高效、稳定的LR主导蓝光TADF器件。其在1000 cd m-2下,EQE和半衰寿命达到了17.9%和269 h。
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