高三线态能级的激基复合物主体材料的设计合成及器件研究

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目前,热激活延迟荧光材料(TADF)在制备有机发光二极管(OLEDs)中因具有较小的单三线态能级差(ΔEST),三线态T1可以通过反系间窜越的方式回到单线态S1,从而实现100%的内量子效率的特点而受到广泛关注。但TADF材料的设计比较严苛,因若使分子具有较小的ΔEST,则需使分子的HOMO轨道和LUMO轨道尽可能的分离,这样就会造成荧光量子产率低。而激基复合物材料(exciplex)的出现无疑解决了这一问题。Exciplex材料是给体分子和受体分子之间相互作用的一种分子间电荷转移态(CT)。这类材料具有极度小的ΔEST(<0.05eV),所以具有TADF的性质特点。有效形成激基复合物态只需选择合适的给体分子和受体分子即可,不需要像TADF材料那样复杂的设计要求。但是用于湿法制备的给体分子仅限制于一些传统的空穴,以及受体分子的种类较少。为了解决这些问题,本文从下面几个方面进行了相关的工作:  1、从电子传输材料的角度:设计合成了两个基于苯并咪唑基团的电子传输材料BMZ-TB和BMZ-TZ,系统的研究了其热稳定、光物理和电化学性质。接着将其与常用的空穴传输材料(TCTA、TAPC和m-MTDATA)进行混合形成激基复合物用于器件制备。结果显示,以BMZ-TZ:TCTA混合薄膜材料作为主体的器件具有最优异的性能,最大功率效率达到7.0lm W-1,最大的发光亮度达到18750cd m-2,而且器件的效率滚降非常低(亮度为1000cd m?2时的电流效率是24.9cd A-1,亮度为5000cd m?2时的电流效率是23.7cd A-1,亮度为10000cd m-2时的电流效率是22.0cd A-1)。由此可见,给体组分的选择很大的影响了激基复合物的电致发光性能,而且当电子被给定时,和不同的给体混合可以得到不同三线态能级的激基复合物。这对以后设计高三线态能级的激基复合物材料具有一定的指导意义。  2、从修饰空穴材料的角度:通过对传统的空穴传输材料TCTA进行修饰,引入烷基链,设计合成了Ph-O-TCTA。对Ph-O-TCTA的热稳定、光物理和电化学性质进行了研究,发现Ph-O-TCTA不仅保留了TCTA一些固有的光物理属性(例如高的三线态能级以及热稳定性),而且解决了TCTA在湿法成膜时容易结晶的问题。这些特点使得Ph-O-TCTA更有利于湿法制备器件。然后我们把之前工作中做的一个醇溶的电子传输材料PhPO与TCTA、Ph-O-TCTA进行混合,发现Ph-O-TCTA∶PhPO和TCTA∶PhPO均能有效形成激基复合物。在掺杂的器件制备中,Ph-O-TCTA∶PhPO作主体时的器件性能比TCTA∶PhPO的更加优异。除此之外,Ph-O-TCTA∶PhPO不仅可以作蓝色磷光的主体,还可作延迟荧光的主体,电流效率均超过30cd A-1,关于这方面的报道还未被报道过。这种设计策略,在保证能够有效形成激基复合物的前提下,为以后提高基于激基复合物为主体的湿法制备OLED的器件性能,提供了一种设计思路。
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