烷氧基聚螺芴中电荷转移效应的有效调控

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在聚螺芴高分子中,侧链和主链之间的垂直构象能够有效避免分子链间的聚集;同时,9-位螺环连接可以抑制芴酮的形成,进一步增强高分子的化学稳定性。因此,和聚芴相比,聚螺芴表现出良好的光谱稳定性,是一类具有潜在应用价值的蓝光高分子材料。为了保证聚螺芴的溶解性,通常在其侧链引入多个烷氧基。但是,烷氧基的引入导致高分子中存在着侧链向主链的电荷转移效应,使得溶液中的荧光量子效率(27%)远远低于聚芴(>90%),且发射光谱红移,严重制约了蓝光器件的效率和色纯度。  针对这一问题,本论文从调控主链和侧链的相对HOMO/LUMO能级位置入手,提出了三种抑制这种电荷转移过程的方法,通过在高分子主链或侧链上引入电子给体或受体的方式,实现了发光颜色和量子效率的有效调控;并在此基础上,发展了高性能聚螺芴类蓝光高分子材料。  (1)采用二苯胺、烷氧基和咔唑作为侧链的修饰单元,设计合成了侧链含不同电子给体单元的聚螺芴高分子DPA-PSF、4RO-PSF和Cz-PSF。随着侧链HOMO能级的降低,高分子中侧链向主链的电荷转移效应逐渐被削弱,甲苯溶液中的最大发射峰从482nm蓝移到452nm和423nm,相应的荧光量子效率从6%提升到27%和37%。基于较高量子效率的Cz-PSF制备了双层有机电致发光器件,获得了光谱稳定的深蓝光发射,发光效率为2.2cd/A,色坐标为(0.16,0.12)。  (2)采用弱电子受体二苯基硫砜代替强电子受体S,S二氧-二苯并噻吩引入到高分子主链中,设计合成了主链含二苯基硫砜的聚螺芴高分子。主链LUMO能级的增加,有利于减弱高分子中侧链向主链的电荷转移效应,导致甲苯溶液中的发射光谱从490nm蓝移到453nm,相应的荧光量子效率从1%提高到18%。当二苯基硫砜含量为3mol%时,高分子表现出最优的单层器件性能,最大发光效率为2.9cd/A,色坐标为(0.17,0.18)。  (3)采用芴、咔唑和三苯胺作为共聚单元,设计合成了主链含不同电子给体单元的聚螺芴高分子SP-PFO、SP-PFCz和SP-PFTPA。随着主链HOMO能级的升高,SP-PFTPA中侧链向主链的电荷转移效应得到了有效地抑制,其在甲苯溶液中的荧光量子效率高达90%。在此基础上,为了改善电子的注入和传输,进一步在高分子SP-PFTPA的主链引入三苯基氧磷单元或二苯基硫砜单元,开发了一系列高效深蓝光和浅蓝光发光材料。其中深蓝光双层器件实现了色坐标为(0.15,0.12),最大发光效率高达3.3 cd/A的器件性能;浅蓝光双层器件实现了色坐标为(0.16,0.23),最大发光效率高达3.6cd/A的器件性能。
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