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近年来,基于有机发光材料或共轭聚合物材料的平板显示技术在科学界和产业界吸引了越来越多的兴趣和关注。目前,对于有机/聚合物电致发光器件而言,要实现其真正的商品化应用,研究人员通常需要考虑到四个方面的因素,并开展与之相关的研究工作。这四个方面的因素分别是:色彩、效率、稳定性和成本。其中,效率因素是器件应用的主要指标,只有高效的器件才能保证具有较低的功耗,从而才具有实用价值。稳定性因素,或称为寿命因素,这也是发光器件实用的根本需要,只有具有稳定的性能和长久的寿命,这样的器件才可能具有商业价值。
本论文主要是以“效率”因素作为核心研究内容来开展相关研究工作。在研究对象方面,本工作主要是抓住了目前相对并不成熟的蓝光聚合物发光材料作为主要矛盾,以聚芴及其共聚物类材料作为主要研究对象,通过优化材料的合成方法、改善材料质量、发光器件结构等手段,并最终实现了具有较高性能的蓝光聚合物电致发光器件。此外,以实现高效发光器件作为目标,本论文也在含Ir磷光电致发光材料方面开展了一些初步的研究工作。本论文的研究工作主要包括以下几个方面:
1.从化学合成的角度,以平衡材料的载流子注入性能为目的,本论文巧妙地利用了含有sp3杂化碳原子的螺旋芴结构作为桥梁,将具有缺电子性质的噁二唑结构与聚芴主链融合在了一起,从而制得了具有双通道结构的聚笏类发光材料PF-SBFOX,并对这种发光材料的光学性质、热稳定性质、氧化还原性质和器件性能进行了表征和研究。研究结果表明,这种材料并没有能够得到期望的高效和稳定。通过对实验过程的分析,我们认为造成这一结果的主要原因在于材料的品质尚达不到理想的要求。因此,这为就引出了进一步的研究工作:高品质聚芴材料的制备及其器件性能的优化。
2.从材料合成的角度,我们制备了未做特殊结构修饰的聚芴材料PF6/8,并通过改变纯化方法,使PF6/8具有较好的品质。基于这种高品质的聚芴材料,我们制备出了性能较好的聚合物电致发光器件。与基于PF-SBFOX的器件结果相比,尽管PF6/8性能结果有显著的提高,但也只是达到了一般这类材料的普遍水平,而且其器件的光谱也存在一定不稳定因素,并非是纯粹的蓝光发射。为此,我们从器件物理的角度,通过物理共混的方式,将一种含有咔唑结构(含氮原子的富电子结构)的星状寡聚物分子搀入到PF6/8体系中,形成共混薄膜,通过利用搀入的分子对空穴的潜俘获能力,从而实现了效率和稳定性的同步提升。同时,我们还通过优化器件结构,将具有空穴传输和电子阻挡作用的聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)引入到器件结构之中,也就是通过先后两次旋涂使PVK与PF6/8形成双层结构的器件,从而实现了器件效率的进一步提升。最终,所制备的器件的发光效率达到2.33 cd·A-1,最大外量子效率达到2.95%。在此,又引出了一个新的问题:利用聚合物有机溶液的二次旋涂所构建的双层结构的物理本质是什么样的?真的是所想象的严格的双层结构嘛?在两种聚合物层的界面处究竟存在什么样的状况?
3.为了认识上述这种PVK和聚芴双层薄膜的物理本质,我们从聚合物物理的角度出发,研究利用二次旋涂聚合物有机溶液所构建的双层薄膜的界面结构本质。为研究这一问题,本论文极富创造性的利用聚芴分子链的一种相状态--β相的光谱特征作为探针,通过控制改变PVK初始层的厚度,实现了对聚芴分子链光谱β相光谱特征的调控,并结合薄膜的形貌变化以及一些文献所报道的结果,最终对二次旋涂过程提出了一种可能的过程机制--“洗刷机制”,从而对聚合物有机溶液的二次旋涂过程进行形象的描述,并合理的解释了在这种双层薄膜体系中存在的各种特殊的光学或形貌特征。此外,我们还进一步从发光器件的角度来深入研究这种由聚合物的有机溶液经过二次旋涂制得的双层薄膜的性质,并进一步证实了“洗刷机制”的可靠性。
4.鉴于磷光材料在实现高效发光器件方面的巨大优势,本论文也在含Ir的磷光材料研究方面开展了一些初步的工作,首次制备出含有N杂六元配位结构的金属铱Ir配合物(cpy)2Ir(pico),并对这种Ir配合物的基本器件性能进行了初步研究。在对这种新型Ir配合物的研究过程中,我们还观察到了一些与常规Ir配合物所不同的性质,即器件发光光谱的不稳定性。