高分子材料的电致发光

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9位的位阻效应使3,4在固态时是无定型态,PL效率 > 90%,Tg>200 oC,分别具有电子传输和空穴传输能力。
小分子蓝光材料5,Tg=207 oC,可以溶于常见的 有机溶剂中,能隙为2.91eV
EL器件7.7V时,亮度为300cd/m2,效率为1.22lm/W,最 大发光波长为424nm,基本上为纯蓝光发射。
1980年在金属催化剂催化下,通过2,5-二 溴噻吩的缩聚,获得了不带取代基的聚噻 吩。 1985年首次将烷基引入聚噻吩的3位,制成 烷基聚噻吩,PATs或P3ATs。 此后,不断合成出各种取代聚噻吩。 3位引入碳原子数目大于4的烷基时,聚噻 吩可溶于氯仿等有机溶剂中。
取代基对聚噻吩的光电性质的影响
在主链上插入硅原子,打断共轭长度,使材料发光效率有所 提高,缺点是共轭主链载流子迁移率下降。
(5)使载流子从电极注入器件后,获得载流子传输 平衡的材料对器件性能的提高至关重要。
将齐聚噻吩与电子传输能力好的噁二唑单元共聚后,既获 得了电子和空穴传输平衡的聚合物,使器件性能提高;
同时,共聚物的发光波长随噻吩的数目增多而红移(蓝至 绿至橙光)。
当芴臂超过一定长度就可以得到饱和红光。 芴臂的引入使得卟啉具有相当好的溶解性,芴环 的位阻效应也使材料在固态溥膜中不发生聚集.
量子效率是卟啉化合物2倍多。
苯为核心的芴的超支化合物14溶于常见有机溶剂 最大吸收和发射波长分别在310 nm和330 nm (THF), 有望成为一种良好的蓝光材料
6.3.5芴的纳米晶或者纳米乳夜类电 致发光材料
高分子发光材料的特点:
1、 可以避免晶体析出 2、来源广泛、可以根据特定性能进行分子设计 (通过分子设计还可设计分子、超分子水平上具有 特定功能的发光器件,实现能 带调控,得到全色 发光的优点 )
3、可以通过掺杂或改变化学结构而调控其光电性 能、物理性能及化学性能
4、成型加工操作简便,容易实现功能集成 5、器件响应速度快
电子效应: (1)在3位的给电子及吸电子基团,使能隙减小; (2)给电子基团使HOMO能级和LUMO能级减小,吸 电子基团使 HOMO能级和LUMO能级增大; (3)给电子或吸电子基团会减小价带宽和导带宽; (4)给电子基团的取代有利于p型掺杂,而吸电子基 团的取代有利于n型掺杂。
位阻效应导致主链上共轭单元的共平面性变差, 从而使有效共轭长度减小。 取代基的电子效应一般大于位阻效应
6.4.2 聚恶唑类电致发光材料
大部分作为发光材料的有机分子主要传输载空穴。 为了达到正负载流子平衡,1,3,4-氧恶唑(OXD)及其 衍生物作为具有电子传输功能的发光材料,引起了人 们的极大兴趣。 含OXD环系的化合物主要发蓝或紫光,弥补了蓝紫光 材料较缺乏的现状。
这类聚合物分为两种类型: 1.主链含OXD环系的高分子化合物: 2.侧链含OXD环系的高分子化合物。
(6)聚噻吩与其他共轭聚合物进行共混,也可以提 高器件的性能。
Ca/P3HT:MEH-PPV(1 wt %)/ITO的最大外量子效率达1.7%, 比纯PPV制成的单层器件高2~3倍,比纯P3HT的单层器件高出 三个数量级。
共混物中可能存在MEH-PPV向P3HT的能量/电荷转移。
将不同颜色的聚噻吩进行共混后,还可以制备出白光 电致发光器件。
荧光强度也随质子化而增强。这样可通过调节pH值使 所的器件发射不同波长的光。
聚合物5加酸质子化后,相应的PL和EL光谱红移。这是因为 质子化后的吡啶会与相邻的烷氧基发生作用而产生分子间力, 使得相邻苯环构成一个近似的平面,增加了共轭长度。
对苯乙炔与对吡啶乙炔共聚物的光致发光波长也可根据相同 方法进行调制。
聚苯撑乙烯类[poly(p-phenylenevinylene),PPVs] 聚乙炔类[poly(acetylene),PAs ] 聚对苯类[poly-(p-phenylene),PPPs] 聚噻吩类[polythiophenes,PTs] 聚芴类[ polyfluorene , PFs] 其他高分子电致发光材料
6.3.3芴的共聚物类的电致发光材料
含噁二唑结构的芴共聚物12
6.3.4.超支化芴电致放光材料
这些化合物的研究工作已经在主-客体化学,超分子 自组装以及生命科学等方面具有较大应用价值。
• 超支化芴有如下特点: • 1、热稳定性提高 • 2、有利于空穴的传输(原因在于芴的电离能降低) • 3、降低了阳极和有机层之间的能垒 • 4、器件应用效果较好。
制备第一层材料以后,在上面涂覆纳米微乳,可 以防止在同一溶剂中可溶的两种高分子材料在器件 层之间的穿插渗透,真正做到多层结构,
提高了材料对载流子的传输性能,改善材料的综 合发光性能。
6.4其他种类的高分子电致发光材料
6.4.1聚吡啶类电致发光材料 因为具有较强电子亲和能力,各种含氮单体可以作为 一个链段与其他单体聚合为共轭共聚物。 研究最多的是聚吡啶, 最具代表性的含吡啶共轭高分子如图所示。
第六章 高分子材料的电致发光
高分子电致发光材料都是含有共轭结构的高 聚物材料。
最常见的是主链π共轭结构。
离域π电子为聚合物具备导电性提供了前提。
共轭高分子体系因需要解决溶解性等问题. 通常所报道的是分子量较低的齐聚物。 这类齐聚物能够表现出高分子的某些特性, 所以都将其统称为高分子。
常用的高分子电致发光材料
交替共聚物7的二烷氧基苯与吡啶分别是电子给体 与受体,吡啶的加入有效的降低了LUMO能级。
此聚合物形成的单层器件发强蓝光。
联吡啶与芴共聚的聚合物9-11可以作为化学传感器, 用于检测金属离子。
其原理是利用联吡啶分子上的两个氮原子能与金属 离子配位,从而影响到聚合物主链的光学性质。
只测定紫外光谱就能很灵敏的检测到是否存在某一 金属离子。
由于HH导致共轭主链的共平面性下降,猝灭几率减 少,固态聚噻吩量子效率提高。
(4)通过共聚在共轭主链上引入其他基团如硅等杂 原子提高聚噻吩的发光效率
在HH连接的聚噻吩单元间插入取代的苯基,使发光效率 提高29%,
改变取代基的种类,材料从蓝光变到绿光。
不带取代基的噻吩单元与带取代基的噻吩单元共聚,可以调 节主链的扭转程度,从而提高材料的发光效率;
PPVs是第一个被报道用作发光层制备电致发光器件的高 分子,也是20年来研究得最多的高分子电致发光材料之 一,具有良好的化学物理特性。 刚性更高PPEs的具有线形骨架,其溶液或固体膜都具有 更高的发光效率。 主链僵硬、加工性能欠佳的PPPs是第一个蓝光共扼高分 子材料,具有带宽可调、热稳定性能好等优点。 广泛研究的一类共轭高分子PTs容易合成、结构明确, 同时稳定性高,非常适合通过引入侧基等手段调节其电 化学特性及溶解性等。 高带隙的PFs是重要的蓝光材料,9位活泼H很容易被取 代,可方便地对其溶解性及发光特性进行调控 。 聚吡啶类、聚噁唑类、聚呋喃类等其他的高分子电致发 光材料,也具有诸多形形色色独特的特点而日益受到人 们的关注 。
由于高分子链相对孤立,PPPs类结构的电致发光材料 应该发特征的蓝光, 但由于链间的相互做用而发黄光。这是聚集发射现象 导致的发光普带红移引起的。 具有良好的溶解性的PPPs类齐聚物,特别适合通过调 整结构而 实现全色显示。 PPPs类材料电致发光效率可以达到0.4%。
6.2聚噻吩类电致发光材料
和其他含有苯基的共轭聚合物相比,聚吡啶突出的 特点是: 具有较强的电子亲和力; 较强的抗氧化性; 较强的电子传输能力。
与聚对苯乙炔相比, 聚吡啶在有机溶剂中的容解性较好; 能够溶解在甲酸中(为器件制备提供了方便); 聚吡啶的亲电性和季胺化使其能够容易控制结构和发光 波长。
质子化后的扭力改变了环间的角度,增加酸性,聚2,5吡啶和3,5-吡啶的UV与PL光谱位置蓝移(溶液与薄膜)。
聚芴1:具有刚性平面联苯结构的化合 物,通过苯环上的反应点,特别是9位 得到一系列衍生物。可以在很苛刻的条 件下工作。 PFs特点: 较高的光和热稳定性,在固态时芴的荧 光效率高达60%-80%.带隙能 > 2.90 eV, 因而成为一种常见的蓝光材料。
6.3.1芴的寡聚物类电致发光材料
芴与炔交替发光材料2具有强蓝光,EL波长在40nm 处,效率为64%,最大波长与共轭长度有关。
PTs及其衍生物 具有掺杂前良好的稳定性, 容易进行结构修饰, 电化学性质可控, 在光学,电学,光电转换,电光转换等方面已有广 泛的研究和应用。 1991年,首次发现其电致发光性质 现 在,聚噻吩在品种日益增多的共轭电活性聚合物 中占有重要地位,仅次于PPV的高分子材料。
6.2.1 结构与光电性能的关系
➢通过利用各种不同的AA/BB型单体进行偶联聚 合,可以得到各种具有明确结构、在溶液中具 有较高量子产率的PPP类聚合物。
➢在取代PPP中,有效共扼长度约为11个苯环长度。 对于线性的PPP,随着相对分子质量不同器件的性能 也不同。
➢苯环重复单元数分别为5, 6, 8, 10, 27和63的PPP薄 膜,光致发光和电致发光光谱如图所示
6.1聚对苯类电致发光材料
PPPs材料由于其带宽较高,是一 类发蓝光的材料,其良好的热稳 定性和较高的发光效率。 但是,由于其不熔不溶的特性难 以制备成薄膜。
催化剂作用下,利用1,4-二溴苯和1,3-二溴苯的 格氏试剂合成系列共聚物1,对位苯基含量不超过 60%时,产物溶于有机溶剂。
➢由对苯基与乙烯基、亚乙烯基或其他芳香单元 所组成的共聚物2
(2)在侧基上引入杂原子可以提高器件发光效率, 如侧链含酯基聚噻吩。14与相应的烷基聚噻吩相比, 荧光效率更高。
(3)聚噻吩的规整度对器件的发光效率也有较大的 影响。
重复单元为非对称结构的取代聚噻吩,存在头-尾 (HT)、头-头(HH)、尾-尾(TT)3种连接方式。
在聚噻吩的溶液中,HH含量减少,HT含量增加,导 致有效共轭长度增加,材料的荧光量子效率不断提高;
纳米科学是自然科学研究的热门学科之一,制 备具有纳米尺寸粒子的有机共轭电致发光材料已经 成为一个很重要的研究方法,借助纳米尺寸粒子一 些特殊的性质,有望改善、甚至拓展有机电致发光 材料发光性能。
基于尺寸在60-100 nm的化合物15的颗粒的器件 具有启动电压低,发光效率高的特点。
用微乳法制备了尺寸在70-250 nm之间的共轭聚 合物16的纳米颗粒;
因此,通过改变基团种类、体积大小、共轭主 链长度、规整度等,调控聚噻吩的禁带宽。 所以,聚噻吩的发光波长可以覆盖从紫外到红 外光区的范围。
聚噻吩的结构对禁带宽的影响
6.2.2、PTs电致发光性质及其器件
(1)PTs电致发光研究是从聚(3-十二烷基)噻吩 (P3DDT)开始。
聚烷基噻吩PL谱峰位于640nm 。 碳链长由12增加至22时,器件的电致发光强度呈线 性增加,至碳数为22时,器件亮度5倍于碳数为12的聚 噻吩。 表明,聚噻吩的侧基可以使载流子限制在主链上, 防止链间载流子碰撞猝灭。
以分别发红、黄绿和蓝绿光的聚噻吩PTOPT,PCHT, PMOT的共混物作为发光层的共混物电致发光。
由于不同能隙的材料启动电压不同,在5V开始发光的 是能隙较低的PTOPT,随后增加电压,至20V时, PCHMT才开始达到等能点,发射出近似的白光芴类电致发光材料
➢ 将每个苯环上4个C原子与相邻苯环相连、再在其他位 置上引入增溶作用的基团以提高其溶解性,可获得具有 较好加工性能的平面共轭主链结构的PPP,即梯形 PPP(LPPP)。
➢线形齐聚物6,梯形聚合物7和梯形共聚物8 。
梯形结构LPPP的制备方法
近年来通过引入阴阳离子, 成功制备一些以ppp为骨架 的聚电解质材料。
6.3.2芴的均聚物类电致发光材料
均聚芴的改性集中在9位碳上,通常引入脂肪碳链, 芳香环或其它基团。
取代基作用:
大的侧基可以防止材料发光范
1)改善聚集态结构; 围扩大,改善蓝光的色饱和度
2)改善材料的加工性能。
利用Förster能量转移,可以将材料的发光波长转动, 近而调节材料的发光颜色,7的发光波长从558nm 转移到675nm.
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