蒽分子无辐射内转换过程的理论研究[范文]

第1章 引 言

1.1 课题的背景和意义

上世纪60年代，人们开始了对有机π-共轭体系的探索和研究。这类体系共轭的高聚物居然能表现出类似金属的导电性能，同时其对应的一系列共轭低聚物具有半导体的性质。另外，这类有机材料拥有其他功能材料的所有优势，比如柔软、轻便和低功耗，因此，有机π-共轭体系代替了原有材料，被广泛地应用在有机发光二极管（OLED)、场效应晶体管、聚合物传感器、非线性光学器件（NLO）等的制备上面。光电子器件。OLEDs已经被成功应用在制造平板显示屏上，例如手机、数码相机、电视机、电脑、手表等电子商业产品，优秀的化学结构和固态堆积形式决定了它的优良性能。

要使有机材料具备高效的电致发光和电荷传输等性能。我们可以从如何调控π-共轭体系的电子结构（能量带隙、最高占据轨道（HOMO）和最低占据轨道（LUMO）能极差、有效共轭长度等）入手，进而有效地改进它们的光电性能。为了实现这个目标，灵巧的在已知共轭骨架上嫁接不同效应的取代基支链。这些基团的空间效应（共轭体系的平面性、超分子结构等）和电子效应（推、拉电子）导致材料的光学、电学的性质受到影响。还有另外一种有效的方法，就是改变共轭主链的基本化学结构，例如化学合成方法，最终成功修饰共轭片段本身的性质，并达到改变材料物理性质的目的。结构是多种多样的，因而共轭体系也是种类繁多的，这也就直接导致了有机合成方法的多样性。但是目前来看，在分子水平上可以用来合成有机光电材料的只有有限数量的基本骨架。最常见的的包括烯烃、炔烃、芳香环（苯、萘、芴等）和杂原子芳香环（主要包括噻吩、吡咯等）。蒽（图1-1）是最早发现的有机电致发光材料。

图1-1  蒽分子的结构式

1.2 OLED概述

OLED是载流子双注入型发光器件，基本结构为类似三明治的夹层结构，也就是发光层被阴极和阳极电极夹在中间，并且一侧或两侧为透明电极，这样设计的目的是为了方便光射出。一般情况下，采用的是具有低功函数的金属Mg、Al、Ca、Ag等或其合金作阴极材料，这样的目的是为了方便电子的注入。阳极常选用透明的ITO。

1.2.1 工作原理

在外界电压的条件下，电子与空穴在有机活化层复合的过程中释放出了能量，随后将其传递给有机发光分子，从而使其受到激发，结果是电子从基态跃迁到激发态。受激分子从激发态回到基态，通过辐射跃迁产生发光现象。整个发光过程通常由以下五个阶段完成：

（1） 载流子的注入：在外电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极向中间的有机功能薄膜层注入。

（2） 载流子的传输：注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移。

（3） 载流子的复合：当电子和空穴靠近时复合形成激子。

（4） 激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发其电子从基态跃迁到激发态。

（5） 衰减与发光：发光分子的激发态能量可以通过辐射或非辐射方式衰减，当以辐射的形式衰减时，就会产生光子，释放光能。发射光的颜色则是由发光材料的激发态与基态间的能量差所决定。

1.2.2 OLED的发光效率

量子效率是指输出的光子数与注入器件的电子数的比值。量子效率指的是内量子效率（internal quantum efficiency，η int ）和外量子效率（external quantum efficiency，η ext ）的总和。内量子效率是指器件中产生的所有光子与注入的电子数量之比。外量子效率是指在某一个方向上有机发光器件发射出的光子数与注入的电子数的数量之比。内量子效率的数值值得是是载流子在器件内形成激子并复合发光的效率大小，阐述的是器件的内部物理机理。由上述OLED工作原理可知，内量子效率的大小决定于载流子的复合系数（γ）、单重态激子的形成概率（S）及有机发光材料的荧光量子效率（ΦF ），即η int =γ×S×ΦF 。由此我们可知，若想得到高效率的OLED器件，首要的任务就是要设计和制备出高荧光量子效率的有机发光材料。

1.2 蒽类有机发光材料

Pope等于1963年首次发现蒽单晶具有有机电致发光现象。这一次的电致光现象的驱动电压太高，因此并未引起广大学者得关注。随着1982年蒽类化合首次应用于有机电致发光器件中。蒽系列化合物的合成及其在发光器件中的应用，获得了广泛关注，并对不同的蒽系列衍生物的物化性能进行了深入研究。蒽类化合物几乎可用于OLED的各个功能层，包括发光层、电子传输层和空穴传输层等。在种类繁多的有机电致发光的材料中，蒽分子具有其他有机物无法比拟的又是，它具有更高的荧光量子产率、分子结构的易修饰性并且具有更高的热稳定性，众多的优势让蒽成为一类非常重要的有机发光材料。

利用有机发光材料的电视

利用与芳基取代蒽环的2,6,9,10位同样的方式引入杂芳基，从而得到了如噁二唑、噻二唑、咪唑、噻吩和吡啶等衍生取代基团。这一系列不同的杂芳基的引入的最终目的是为了改善现有材料热稳定性、发光性能，并使它具有电子传输和发光双功能。Kim等合成了含噻吩基团的蒽类化合物ATB。

Kawamura等合成了苯并咪唑基团取代蒽系列化合物。由此生产的电子注入材料或电子传输材料可应用于有机电致发光器件。利用这类化合物制成的器件相比于传统材料制备具有更高发光效率和电流效率，其中发光效率甚至达到后者两倍之多。Kim Hee-Yeon等合成了一系列咪唑并吡啶取代的蒽系列衍生物，所制备的器件的发光效率较高，联吡啶杂环基团取代的蒽衍生物、含噻吩结构基团取代的蒽系列衍生物等，均可作为电子传输及电子注入材料用于制备有机电致发光器件。Lin等研究了一系列蒽基取代的D-π-D结构的芳胺类化合物。这种的化合物甚至具有空穴传输性能和发光性能，经过设计，在蒽核的2位引入叔丁基，这种设计可以使分子的空间构型变为平面结构，这样做的好处是能够有效避免发光层从不定型状态向结晶态转化，进而使整个化合物本身有较高的荧光量子效率。

因此，蓝光材料将是未来的研究重点，目前对蒽类发光材料的研发的手段，除传统的修饰方法外，再就是通过酰基化对蒽核本身进行修饰。最终目的是找到高性能、具有实用价值的新材料。

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