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聚噻吩是一类典型的五元杂环聚合物,因其容易通过侧链修饰来调节电子能级,并且掺杂前后具有良好的稳定性和特殊的电化学性质,已成为倍受关注的一种共轭聚合物发光材料。聚噻吩及其衍生物通常作为空穴传输材料,空穴和电子传输不平衡,导致发光效率低,限制了它们在有机电致发光器件中的应用。因此,平衡聚噻吩的空穴与电子的传输性能成为提高其发光效率的关键。
采用格氏置换法合成了规整的聚3-十二烷基噻吩(P3DDT)、聚3-十四烷基噻吩(P3TDT)、聚3-十六烷基噻吩(P3HDT),通过1H NMR和红外光谱分析法对聚合物的结构进行了分析表征,采用凝胶色谱法对聚合物的分子量进行了测定,分子量约为1000~4000,分子量分布较窄。利用紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱研究了P3DDT、P3TDT、P3HDT的光学性能,氯仿溶液中它们的紫外最大吸收峰值相近,光学能隙为2.70eV~2.88eV,荧光最大发射波长分别为522nm、534nm、525nm,固态薄膜上聚合物的能隙有所降低,发射波长也相应红移。聚合物的荧光量子效率不高,Ф在2~4%左右。将聚合物制备成ITO/Polymer/A1的单层电致发光器件,研究了I-V曲线和电致发光光谱,器件的开启电压小于8V,I-V曲线显示出较好的整流性和耐压性。室温直流电压驱动下,P3DDT、P3TDT、P3HDT的电致发光光谱最大发射波长分别为609nm、639nm、596nm,发射黄色、橙黄色的光。
为了改善聚噻吩的电荷传输性能,采用Heck偶联法合成了聚2,4-二乙烯基-3-十二烷基噻吩-2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑共轭聚合物(P3DDTV-OXD),聚2,4-二乙烯基-3-十四烷基噻吩-2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑共轭聚合物(P3TDTV-OXD),聚2,4-二乙烯基-3-(2-乙基-1-己基)噻吩-2,5-二苯基-1,3,4-噁二唑共轭聚合物(P3IOTV-OXD),2,4-二乙烯基-3-十二烷基噻吩-2,6-吡啶共轭聚合物(P3DDTV-Py),聚2,4-二乙烯基-3-十四烷基噻吩-2,6-吡啶共轭聚合物(P3TDTV-Py)和聚2,4-二乙烯基-3-(2-乙基-1-己基)噻吩-2,6-吡啶共轭聚合物(P3IOTV-Py),借助1H NMR和红外光谱分析法对聚合物的结构进行表征,并用凝胶色谱法测定了分子量,分子量约2000~4000,分子量分布较窄。室温下,共聚物在氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃等有机溶剂中有很好的溶解性。紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱的研究表明,氯仿溶液中它们的紫外最大吸收波长较均聚物蓝移,光学能隙升高,为.3.06eV~3.76eV,荧光最大发射波长分别为451 nm、424 nm、419nm、440nm、430nm、408nm,发射蓝紫色的光。固态薄膜上共聚物的能隙较溶液中有所降低,发射波长红移。共聚物的荧光量子效率显著提高,P3ATV-OXD的荧光量子效率高达到26%,P3ATV-Py达到5%,与均聚物相比,噁二唑和吡啶的引入使共聚物具有较低的电离能和较高的亲合能,有利于电子和空穴在分子内的双向传输,有效提高了发光效率。制备了共聚物的ITO/Polymer/A1的单层发光器件,对I-V曲线及电致发光光谱进行了研究,器件的开启电压小于9V,整流性和耐压性均较好。室温直流电压驱动下,P3DDTV-OXD、P3TDTV-OXD、P3IOTV-OXD、P3DDTV-Py、P3TDTV-Py、P3IOTV-Py电致发光的最大发射波长分别为594nm、599nm、549nm、577nm、568nm、531nm,发出黄绿色、黄色到橙黄色的光。