含有芴的光电材料

材材料料化化学学专专业业功功能能高高分分子子材材料料题题目目::含含有有芴芴的的光光电电材材料料功能高分子结课论文I摘要芴及其衍生物具备了以下优点而被视为有机电致发光材料中最具潜力的蓝光发射类材料：刚性的平面内联苯单元使其热稳定性和化学稳定性都较高，在固态时具有较高的荧光量子效率，结构的可修饰性也较强，可通过共聚、共混以及改性的方法来实现发光颜色的调控。本文首先介绍了含芴类光电材料以及其研究进展，然后文章阐述了有机电致发光材料的发光机理和发光器件的结构，讨论了发光与结构的关系。最后，文章设计了以聚(9,9-二辛基)芴为主体的发光材料的改性，选用吸电子能力强的基团作为聚烷基芴衍生物的封端基团，来减弱主链的失电子能力，从而降低烷基芴上9位碳失去电子被氧化的可能性，限制芴酮的生成。并且在光物理性质，发光颜色变化，发光效率，热稳定性及化学缺陷等方面进行了讨论与研究，实现了材料的改性。功能高分子结课论文目录摘要......................................................................................................................I第1章绪论....................................................................................................11.1含芴类材料介绍.......................................................................................11.2含芴类光电材料的研究进展...................................................................21.2.1芴类电致发光材料概述....................................................................21.2.2芴的小分子类电致发光材料............................................................21.2.3芴的均聚物类电致发光材料............................................................31.2.4芴的共聚物类电致发光材料............................................................4第2章含芴类有机电致发光材料光电性能....................................................52.1有机电致发光材料发光机理...................................................................52.2有机电致发光器件的结构.......................................................................62.3发光与结构关系.......................................................................................82.3.1共轭链长度的影响............................................................................82.3.2空间效应的影响................................................................................82.3.3取代基的影响....................................................................................9第3章聚(9,9-二辛基)芴为主体的发光材料的改性.....................................103.1光物理性能.............................................................................................113.2发光颜色变化.........................................................................................113.3发光效率.................................................................................................113.4热稳定性及化学缺陷.............................................................................123.5讨论与总结.............................................................................................12总结............................................................................................................13参考文献............................................................................................................14功能高分子结课论文第1章绪论1.1含芴类材料介绍芴类化合物因其在光电材料、太阳能电池、生物医药等多领域广阔的应用前景一直受到人们的青睐,芴具有特殊的刚性平面联苯结构,其衍生物表现出许多独特的光电性能及生物活性。芴类化合物结构(1)特点:(1)芴环是特殊的联苯结构,具有较高的热稳定性和光化学稳定性,固态芴的荧光量子效率高达60%～80%,带隙能大于2.90eV;(2)分子内具有更大的共轭吸收波长;(3)具有更明显的电致发光、光致发光(磷光和荧光)现象;(4)其2位、7位以及9位碳上易于进行结构修饰引人多种官能团;(5)芴本身是煤焦油的分离产品之一,产量大,价格低廉,原料易得.芴这些特殊结构使其衍生物在诸如光电材料、生物、医药等领域具有潜在的广泛应用,近些年来得到了广泛的研究与开发.在光电材料领域中,芴类衍生物如高分子材料聚芴作为有机光电材料,已成为一种非常重要并被许多学者认为最有希望商业化的蓝光材料。近年来从理论和实验上寻找和设计合成具有大的双光子吸收截面的分子材料成为当前分子光子学领域的热点研究问题。芴类衍生物因具有较大的电子离域、高的荧光量子产率和好的光热稳定性，成为一类备受关注的双光子吸收材料.随着太阳能电池器件的快速发展，有机太阳能电池材料的开发越来越受到人们的重视,芴类化合物因其空穴传输性能好,能隙高,被逐渐应用于制备有机太阳能电池材料。而在生物领域,已经有多种芴类衍生物作为生物传感元件,其中水溶性聚芴衍生物作为荧光探针已经被成功应用于基因检测、蛋白质/酶浓度及活性测定、抗原抗体识别、细菌检测以及细胞成像等一系列研究,引起了化学家和生物学家的高度重视。功能高分子结课论文-2-1.2含芴类光电材料的研究进展1.2.1芴类电致发光材料概述在有机电致发光二极管中,要实现大面积全彩色显示,必须有稳定的红、绿和蓝三基色。常见的用于制备有机电致发光二极管的材料是由苯、咔唑、对苯乙炔撑、芴、噻吩以及它们的衍生物等组成。聚芴是一种具有刚性平面联苯结构的化合物,可以通过苯环上有限的几个反应点,特别是9位碳,得到一系列衍生物。因此,聚芴也已成为一种非常重要并被许多学者认为最有希望商业化的蓝光材料。根据文献报道,聚芴最早是由Fukuda等人用三氯化铁氧化偶联芴得到,但是得到的聚合物由于分子量低、支化比较严重,并且残留的铁离子对激子有强烈吸收,最终导致聚合物材料无法发光而没有实用价值。后来经过不断的改进,在芴的聚合物制备上取得了长足的进步。其中最具开拓性的工作是Suzuki等完成的。他们得到的聚芴分子量高、支化度小,且分子量分布比较窄。其中,发绿光的聚芴发光二极管可以在发光效率为22lmW、驱动电压小于6V的情况下,发光亮度超过10000cdm2。芴及其衍生物具有较宽的能隙和高的发光效率等特点。但是芴的电子亲合性小,且聚芴的溶解性有限,芴的9位碳原子又比较容易氧化而成为羰基,而羰基对由电子空穴复合产生的激子易形成“陷阱”而有一定的“猝灭”作用,最终会降低器件的发光效率。[1]为了改善芴的综合电致发光性能,目前主要采用制备小分子芴的发光材料,在芴上引入不同的侧基后聚合制备芴均聚物,芴单体与其他单体共聚以及制备由芴衍生而来的支化聚合物等方法。1.2.2芴的小分子类电致发光材料高分子材料由于结构具有多分散性的特点,使得研究结果重复性不好,有时还会出现自相矛盾的结果。而小分子的有机电致发光材料结构明确,功能高分子结课论文-3-材料性能与结构之间的正交关系比较直接明确,实验也比较容易控制。此外,小分子发光材料在溶解性以及可加工性等方面具有高分子材料所不可替代的优势,因此合成各种结构的芴类小分子发光材料就成为一种很重要的手段。Tsutsui等以芴与2,7-二炔芴通过钯铜催化下的Sonogashira反应得到了芴与炔交替的发光材料。该材料具有强的蓝色荧光且可溶,最终制备的发光二极管最大发光波长在402nm,光致发光效率为64%,并且可以通过改变材料的共轭长度来调节材料的最大发光波长。Kim等通过单溴代螺旋芴与蒽的Suzuki反应,合成了小分子蓝光材料。该小分子玻璃化转变温度为207℃,具备良好的热稳定性。材料在常见有机溶剂中可溶,通过热蒸镀方法制备的膜平滑没有针孔。在分子中引入螺旋结构的芴单元,使得材料保持一种无定形聚集态,克服了对发光性能有害的材料链间激子失活。材料的能隙为2.81eV;7.7eV的驱动电压、300cdm2亮度,发光效率为1.22lmW;最大发光波长位于424nm附近,发射峰的最大半峰宽度为48nm,基本上实现了纯蓝光发射。1.2.3芴的均聚物类电致发光材料对芴均聚物改性主要集中在芴的高反应活性9位碳上。引入的侧基通常为脂肪碳链、芳香环或者其它基团。引入的侧基一方面提高了聚芴在有机溶剂中的溶解,改善了最终材料的加工成膜性能;另一方面可以通过位阻来调节材料的聚集态结构,在一定温度范围里保持聚芴的晶型稳定,防止激子在高分子主链之间传递猝灭,提高材料的发光效率。一般认为空穴比电子运动要快100倍,因此提高材料对电子的传输性能更具有调节材料最大发光波长的作用。Setagesh等合成了一种含新发色团的芴基单体,然后通过镍配合物催化下的Yamamoto偶联反应得到了含有联苯侧基的芴均聚物,该均聚物所具有功能高分子结课论文-4-的“大”侧基可以防止材料发光范围的扩大,使发蓝光的饱和色纯度增加。此外,将一些具有很强荧光性的小分子染料搀杂到聚芴体系,形成主客体能量传输体系。通过对Forster能量转移的调节,也可以使材料发光波段转移,该种方法已成为调节材料发光波长的一种有效手段。有人通过聚芴主链的部分侧基化后得到了一种含芳香酰胺侧基的发光材料,可以使材料最大发光波长从558nm转移到675nm。1.2.4芴的共聚物类电致发光材料相比于芴的均聚物,人们对芴的共聚物研究得更加深入透彻。一方面,与芴共聚单体的选择余地比较大,可以在更大范围里调节材料的最高占有轨道和