高效蓝紫光器件的实现:苯撑与硅芴共聚物同聚硅芴共混

以苯撑与硅芴共聚物(PSiF6-PPP)同聚硅芴(PSiFC6C6)的共混物做发光层, 制备了高效的蓝紫光聚合物发光二极管, 研究了共混比例对器件性能的影响. 发现当PSiF6-PPP与PSiFC6C6的质量比为1︰3时器件性能最优, 在发光亮度为105 cd/m²时, 器件的外量子效率可以达到1.96%, 电致发光光谱的峰值位于397 nm, 半高宽为67 nm. 分析表明, PSiFC6C6向PSiF6-PPP的能量转移以及共混后电子和空穴注入的均衡, 是使器件性能明显提升的主要原因.     

芴与二噻基苯并噻二唑共聚物的电致发光和光致发光研究

使用自己实验室合成的9，9－二辛基芴与4，7－二噻基苯并噻二唑系列共聚物（1％ DBT，5％，DBT，10％，DBT，15％DBT，25％DBT），采用双层结构制备了高效率和红色聚合物发光二极管（PLEDs)，器件的外量子效率接近1．4％（15％DBT共聚物），流明效率超过1．0cd/A，最大发光亮度达到3700cd/m^2，电致发光发射光谱峰值位于675nm     

基于分子导线效应的聚苯乙炔-吡啶荧光共轭聚合物传感信号放大研究

具有分子导线效应的荧光共轭聚合物, 能对响应信号起放大作用, 在光化学传感器设计中可用来进行痕量分析. 利用Sonogashira 偶合反应合成了一系列新的聚苯乙炔-吡啶荧光共轭聚合物. 考察了结构的改变对它们物理性质和光谱特性的影响, 并通过Pd²⁺熄灭这些共轭聚合物荧光的效率不同, 讨论了共轭聚合物结构的调整对响应信号的影响. 结果表明吡啶环含量及位置调整是影响二价钯离子熄灭这些共轭聚合物荧光效率的重要因素; 具有分子导线效应的吡啶环嵌段的荧光共轭聚合物PⅠ对Pd²⁺离子有最大的特异性响应, 相对其单体模型分子, 其传感响应信号放大近65倍.     

氧化锌纳米颗粒增强的窄带隙聚合物近红外光响应晶体管

近红外有机光响应晶体管因在热成像、夜视以及人体健康监测等方面的广泛应用而受到人们的密切关注.目前,近红外有机光响应晶体管的性能还不够高,离实际应用还有一定的距离.本研究选用窄带隙共轭聚合物半导体(DPP-DTT)作为光响应媒介,通过溶液加工方法,将聚合物制备成纳米网格,并将其应用于近红外光响应晶体管中.研究了基于DPP-DTT聚合物纳米网格的光响应晶体管的电学性质和近红外光响应性能,获得了336 A/W的光响应值R.在此基础上,在DPP-DTT纳米网格上引入电子受体材料——氧化锌(ZnO)纳米颗粒,增加了激子的分离效率,进一步提高了近红外光响应晶体管的器件性能,使得最高光响应值R提高到721 A/W,达到甚至超过了传统无机近红外光响应晶体管的性能水平.     

螺芴氧杂蒽(SFX)类有机半导体及其OLEDs

一锅法(one-pot method)合成螺环芳烃具有原料易得、锅-原子-步骤经济(PASE)等优势,成为绿色有机半导体的典范.本文回顾了螺环芳烃分子砌块及其应用于电子器件领域的历史,重点论述了以螺芴氧杂蒽(SFX)为代表的螺环芳烃的串联反应,SFX类有机半导体四元分子设计平台与其有机电致发光材料(包括深蓝色荧光有机电致发光二极管(OLEDs)材料、磷光三基色主体材料、磷光客体材料)的研究进展.其中,哑铃型SFX深蓝色荧光OLEDs器件的电流效率、功率效率、外量子效率分别为7.4 cd/A,4.1 lm/W,4.6%;SFX基电致磷光OLEDs的电流效率、功率效率、外量子效率分别为70.0 cd/A,77.0 lm/W,19.2%;同时实现了应用于磷光OLEDs的三基色与白光的单一主体材料.最后,展望了螺环芳烃的绿色合成方法、SFX类OLED显示与照明技术、电子学其他领域及智能器件等方面的可能应用.     

饱和红色聚合物电致发光器件的稳定性

研究了用聚合物共混提高电致发光器件的发光效率及稳定性. 将聚合物poly[2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV)混入poly[9,9-dioctylfluorene-co-4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole](PFO-DBT15)中, 配制共混溶液旋涂制成单层发光器件, 得到了稳定饱和红光发射器件(色坐标0.67, 0.33), 发光来源PFO-DBT15聚合物. 通过设计单载流子注入器件, 研究了器件稳定性得到改善的机理, 发现MEH-PPV除具有向PFO-DBT15分子进行能量转移外, MEH-PPV还改善了器件的空穴注入及传输性.     

掺杂型Zn(BTZ)2白色有机电致发光器件

合成出近白色电致发光材料——2-(2-羟基苯基)苯并噻唑螯合锌(Zn(BTZ)₂), 以该配合物作为具有电子传输性能的发光层主体, 并在其中掺入不同含量的橙红色荧光染料Rubrene, 制备出具有单一发光层白色OLED器件ITO/PVK:TPD/Zn(BTZ)₂:Rubrene/Al. 由其电致发光(EL)光谱图及相应色坐标值, 确定了Rubrene在Zn(BTZ)₂中的最佳掺杂浓度比为0.05%. 按此掺杂比制备的器件, 色度随外加驱动电压在很大范围内(10~22.5 V)变化很小, 其色坐标均非常接近于白色等能点. 当电流密度为0.1 A/cm², 驱动电压约为20 V, 器件外量子效率最高值为0.63%, 相应发光效率为4.05 cd/A, 此时器件的色坐标为(x = 0.341, y = 0.334), 亮度为4048 cd/m², 器件综合性能达最优. 文中还对上述掺杂型白光器件的发光和电学性能及发光机理进行了深入的研究和探讨.     

PEDOT作为阳极的柔性有机电致发光器件

将PEDOT／PSS（poly-3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrenesulfone acid)导电基片用于制备柔性有机小分子电致发光器件，研究了清洗工艺，器件结构对器件性能的影响，分析了导电膜表面与器件性能的关系，在优化后的条件下，最大亮度为2760cd/m^2，外量子效率最大值为1．4％，已接近ITO作为阳极的器件的性能。     

金属/聚合物界面的形成、电子结构与化学变化

金属/聚合物界面是聚合物发光二极管和聚合物太阳能电池的核心部件,研究和理解这些界面的特点将有助于更好地对界面进行优化和提高器件性能.本文综述了利用光电子能谱技术研究金属/聚合物界面的主要进展,包括界面的电子结构、电荷转移、化学反应、界面扩散以及氧在界面处的聚集行为等,这些研究成果的获得对相关器件的设计与优化具有重要意义.目前,尚需更细致的工作来阐明金属/共轭聚合物界面的形成机制,并从理论上指导相关界面的制备过程与工艺.     

基于PCDTBT:PC71BM的半透明高效聚合物太阳能电池

通过在聚合物电池内部加入Ag半透明增反膜,构建光学谐振腔,实现了光线在Ag薄层和金属电极之间的多次反射.这样可增加活性层对光的吸收,提高量子效率,进而大幅度提高短路电流,优化电池性能.实验中使用具有较低能带结构和宽吸收光谱的新型聚合物PCDTBT作为电子给体材料和PC71BM作为电子受体材料,通过控制薄膜生长过程和优化膜层厚度使转化效率达到5.08%.在此基础上,加入Ag作为半透明增反层,促使光线在Ag薄层和金属电极之间往复反射传输,大幅提高量子效率和短路电流.通过改变Ag薄层的厚度获得最大的短路电流密度和光电转换效率,实验得出当Ag厚度为8nm时,短路电流达到最大15.0mA/cm2,光电转换效率达到6.03%,从而达到了半透明增反层大幅提高电池性能的目的.     

溶液加工型蒽类树枝状深蓝光材料的合成与表征

采用9,10-二苯蒽(DPA)作为中心核,一代至三代齐聚咔唑作为外围树枝,设计合成了一系列溶液加工型树枝状深蓝光荧光材料Ent1,Ent2和Ent3.不同于DPA容易在膜态下形成结晶,Ent1~Ent3均具有良好的热稳定性和形态稳定性,玻璃化转变温度高达194~371℃.同时,咔唑树枝的引入,有效地抑制了分子间的相互作用,使得膜态下荧光量子效率从Ent1的46%提高至Ent2的52%和Ent3的67%.通过旋涂工艺制备了深蓝光非掺杂器件,发现第二代树枝状荧光材料Ent2表现出最优器件性能,发光效率为2.63 cd/A,色坐标CIE_((x,y))为(0.16,0.10).     

基于金纳米粒子修饰空穴注入层的高效率钙钛矿发光二极管

有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LEDs)在平板照明和显示等方面有着重要应用前景,并且具有成本低和制备过程简单等优点,近年来吸引了越来越多科学家的关注和研究.如何通过优化器件结构,进一步提高Pe LEDs的电致发光效率及发光的稳定性是当前的研究热点.在优化光电器件性能上,金纳米粒子(Au NPs)以其特殊的小尺寸效应提供了诸多材料没有的特殊优势.本文以Frens法制备了粒径为~20 nm的水溶性Au NPs,然后以一定体积比加入到空穴注入层Poly(3,4-Ethylene Dioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate)(PEDOT:PSS)中,制备成AuNPs修饰的Pe LEDs.实验结果发现,加入Au NPs后,CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿薄膜的光致发光性能和电致发光性能都得到了显著的提高,分别为原先的~2.41倍和~1.48倍.其中,Au NPs修饰的PeLEDs的启亮电压为~3.0 V,最大亮度为~16050 cd/m~2,最高电流效率为~7.02 cd/A.机理研究表明,AuNPs的表面等离子体局域共振吸收谱与发光层CH3NH3Pb Br3的荧光发射谱重叠得很好,因此Au NPs能加快PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbBr_3界面处激子的发光辐射退激速率,从而减少了该界面处的激子被附近的剩余载流子(空穴)淬灭的数量,使界面处更多的激子被用来发光,从而提高了激子的利用率.本文提出了一种通过Au NPs界面修饰来提高Pe LEDs发光效率的有效途径,这对于Au NPs表面等离子体共振的基础研究以及改善Pe LEDs的发光效率都具有非常重要的意义.     

基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4二维层状钙钛矿的电致发光二极管

进一步提高全无机卤铅钙钛矿材料CsPbBr_3的发光效率,对制备高效率、高稳定性的电致发光二极管(PeLED)具有重要意义.制备纳米级的钙钛矿量子点,一方面有助于提高激子的束缚能和钙钛矿晶体的荧光效率,另一方面也有利于形成连续、致密的二维层状钙钛矿薄膜.本文采用"原位生长"的策略,将一种具有长链结构的丙基溴化胺(CH_3CH_2CH_2NH_3Br,PABr)作为添加剂,与CsPbBr_3的前驱体溶液进行共混,得到PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4钙钛矿量子点.形成的二维层状钙钛矿薄膜均匀致密,在光致发光条件下,呈现出明亮的蓝绿光发射(发光峰位于506 nm).在电致发光方面,基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4的PeLED启亮电压为~4.2 V,最大亮度为~2370 cd/m~2,最高电流效率为~1.06 cd/A,最高EQE为~0.57%.相较于传统方法,本工作在制作工艺、成膜质量以及PeLED的发光效率有了显著的提升,为将来进一步探索低成本、高效率的蓝光PeLEDs提供了一种可行的思路.     

2,6-薁和双噻吩酰亚胺共聚物的设计合成及载流子传输性能

本文通过聚合单体的理性设计和直接芳基化聚合策略,实现了薁基聚合物主链中薁单元偶极取向排列方式的精准调控,合成了3个基于2,6-薁和双噻吩酰亚胺的共轭聚合物P(AzBTPD-1)、P(AzBTPD-2)和P(AzBTPD-3),其主链中薁单元偶极排列方式分别为无规、偶极相反和偶极高度一致.通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法对聚合物的光谱和电化学性质进行研究.基于3个聚合物的有机场效应晶体管(OFET)器件均表现出n-型半导体特性,其中薁单元偶极取向排列高度一致的聚合物P(AzBTPD-3)表现出最优的器件性能,电子迁移率可达0.027 cm²V^-1s^-1.本工作精准调控了2,6-薁共轭聚合物主链中薁单元偶极取向的排列方式,为薁基聚合物的合成化学和结构-性能关系研究提供了新思路.     

氟助色团对芴类分子电致发光材料的光电性能影响

利用紫外-可见光吸收光谱和荧光发射光谱, 比较了共轭结构芴类小分子有机材料2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)quinoxaline(Py), 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-6,7-difluoroquinoxaline(F2Py)和 2,3-bis(9,9-dihexyl-9H-fluoren-2-yl)-5,6,7,8-tetrafluoroquinoxaline(F4Py)的光谱特性; 选用N,N'-Di-[(1-naphthalenyl)-N,N'-diphenyl]-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine(NPB)材料作为空穴传输层, 利用真空蒸镀方法制备了双层有机电致发光器件(organic light-emitting device, OLED), 研究了其电致发光特性, 进而讨论了增加氟助色团对芴类有机小分子光电性能的影响. 结果表明, 随着氟取代基的增加, 材料薄膜状态的吸收谱和荧光光谱均发生了红移. 器件方面, Py在5 V驱动电压下发出508 nm的蓝绿光, 色坐标为(0.23, 0.43), 半峰宽为100 nm; 器件启动电压(定义为当亮度达到1 cd/m²的驱动电压)为4.8 V; 在10 V驱动电压下, 亮度达到129 cd/m², 电流密度为59 mA/cm²; 在5.4 V电压下具有最大流明效率0.18 lm/W. F2Py和F4Py在5 V驱动电压下分别发出544 nm的绿光和570 nm的黄光, 色坐标分别为(0.38, 0.56)和(0.44, 0.49), 半峰宽分别为103和117 nm; 器件启动电压分别为4和2 V; 在10 V电压下, 亮度分别为557和3300 cd/m², 电流密度分别为100和880 mA/cm², 分别在7.6 V电压下具有最大流明效率0.22 lm/W和在2 V电压下具有最大流明效率0.53 lm/W.     

PS/PnBA粒间交联乳胶互穿聚合物网络的合成与研究

乳胶互穿聚合物网络(乳胶IPN)是用改进的乳液聚合法合成的一类在微观区域内互穿的聚合物共混体系。在一般乳胶IPN中,由于各乳胶IPN颗粒之间在化学上是相互独立的,凝聚或成膜后它们之间仅靠范德华力和链间缠绕作用结合在一起,因此,其机械性能较差,高温时容易发生蠕变现象。我们曾报道了聚苯乙烯/聚丙烯酸丁酯(PS/PnBA)乳胶IPN的合成和研究,本文报道在乳胶IPN颗粒之间引入离子性交联键的PS/PnBA乳胶IPN的合成和研究。     

多孔硅中硅量子线横截面尺寸的“恒定”与“台阶”行为

硅是间接禁带半导体,禁带宽度为1.11eV不可能在可见光区发光。1990年,Canham发现电化学阳极氧化制备的多孔硅(porous silicon缩写为PS)样品在室温下出现强烈的光致荧光现象。从此PS引起人们的极大兴趣。大量的实验结果表明PS的光致荧光现象是PS层中的量子限制效应的结果。本课题组曾研究了PS样品制备后的氧化处理与光致荧光谱的关系,从一个侧面支持了量子限制效应导致PS光致荧光的机理。PS的电化学形成过程独具特色,因为硅电极并不像其他电极那样在阳极溶解时表面原子逐层剥落,而是在硅表面形成许多直径为微米至纳米级的小孔,小孔的交叠产生了具有抗溶解特性的一根根很细的硅柱。目前有一些PS形成机理的研究报道,但引入量子限制效应观点的不多。 本文研究了PS的光致荧光谱和制备时的电流密度及HF溶液浓度的关系,结合量子限制效应讨论了PS的电化学形成过程。     

聚合物近红外发光二极管

设计双层器件结构(ITO/PEDOT/P-PPV/PFHDNT/Ba/Al)制备高效率近红外发光二极管, 其中P-PPV为发绿光的苯基取代的PPV衍生物, PFHDNT为近红外发光的9,9-二辛基芴(DOF)与4,7-二(3-己基噻吩)-2,1,3-萘并噻二唑(HDNT)的共聚物(PFHDNT10). 经优化PFHDNT10和P-PPV薄膜厚度, 得到器件的外量子效率高达2.1%(激发电流35 mA/cm²), 流明效率0.3 cd/A, 较单层结构器件的发光效率(0.9%)提高了两倍以上, 发光光谱峰值为750 nm, 色度坐标CIE1931为 (0.67, 0.30), 位于近红外区域. 研究表明, 增强的发光效率主要原因是P-PPV层具有电子阻挡作用及向PFHNDT10共聚物进行了有效能量转移.     

四苯基卟啉羰基钌电致发光性能的研究

四苯基卟啉羰基钌(RuTPPCO)可以作为红光掺杂材料制备有机电致发光器件, 采用的器件结构为[ITO/CuPc/NPB/Alq₃:RuTPPCO/LiF/Al](Alq₃ = 三(8-羟基喹啉)铝). 其中Alq₃:RuTPPCO的共沉积膜作为发射层. 实验结果表明在发射层中存在着从Alq3到RuTPPCO的能量传递. 通过改变掺杂层中RuTPPCO的浓度来考察器件的性能. 当RuTPPCO的掺杂浓度在15%(质量分数)时, 器件呈现纯正的红光发射, 发射峰位为656 nm, 器件的效率为0.32 cd/A.     

高效单发光层有机电致白光器件的制备与分光特性

以N, N′-二苯基-N, N′-二(1,1′-联苯)-4,4′-二胺(NPB) 为空穴传输材料, 4,7-二苯基-1,10-邻菲罗林(BPhen)为电子传输材料, 以2-叔丁基-9,10-二-(2-萘基)蒽(TADN)为主体材料, 掺杂红光染料4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB), 制备了单发光层有机电致发光白光器件, 器件的最高亮度和效率分别为11400 cd/m²和5.6 cd/A (4.1 lm/W). 在此基础上, 研究了白光器件通过彩色滤色膜的分光特性.