交叉结构共轭分子的合成、表征及光电性能研究

论文摘要

有机小分子材料由于结构明确,纯度可控,有利于研究材料结构和性能的关系,近年来引起了研究者的广泛关注。旋涂方法可以简化有机半导体器件的制备工艺,材料的结晶性不利于连续薄膜的形成,材料热稳定性将决定光电器件的寿命,有机小分子的溶解性、结晶性和热稳定性成为研究者主要关注的问题。本论文基于柔性可旋转的联苯中心与联苯并噻二唑中心构筑了一系列具有光电功能的材料,材料构型在空间上呈现较大的扭曲,在一定程度上改善了材料溶解性；扭曲可旋转的分子构型促使材料形成薄膜时呈无序的堆积方式,形成无定形的薄膜,解决了由于聚集（分子规整排列）而引起的结晶的问题；联苯中心相对的刚性赋予材料高的热稳定性。本论文分四个部分通过联苯中心与联苯并噻二唑中心构筑了一系列交叉型共轭化合物,系统研究相对于线型模型化合物相关光电性能的改善。利用联苯中心构筑了交叉构型的TDPVBi,在固态时具有较高的荧光效率（80%）,实现了完全无定形态材料的构筑,其玻璃化转变温度达到110℃,具有良好的成膜性和热稳定性。由其制备的蓝光器件电流效率达到6.2 cd/A（较线型模型化合物器件1.7 cd/A,提高3倍）；最大亮度超过30000 cd/m2；寿命达到16000小时（起始亮度100 cd/m2）。联苯并噻二唑（dBTz）中心单键连接四个三苯胺（TPA）构筑了红光发射D-A型交叉构型的化合物tTPA-dBTz。相对于线型模型化合物,交叉型分子tTPA-dBTz在溶解性、热稳定性、成膜方面均有所改善。tTPA-dBTz玻璃化转变温度达181℃,基于其构筑的红光器件的最大电流效率为0.34 cd/A相对于线性分子的0.19 cd/A有将近一倍的提高。噻吩类的材料在有机光伏的应用中显示出很好的性能,dBTz中心连接四个噻吩取代TPA （TPATh）构筑了宽吸收化合物tTPATh-dBTz; dBTz中心通过双键连接四个TPA构筑了宽吸收化合物tTPA=dBTz;相对其线型小分子,交叉型材料实现了溶解性、热稳定性、成膜质量、对太阳光的吸收能力以及最终的器件性能等方面的改善。利用溶液旋涂工艺制备的tTPA=dBTz光伏器件,光电转换效率达到1.15%,相对其线型化合物光伏器件效率（0.70%）提高了64%。

论文目录

• 内容提要
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 引言
• 第一节 联苯结构构型特点
• 第二节 联苯结构构型对材料性质的影响
• 1.2.1 联苯为主干的化合物体系
• 1.2.2 联苯基取代的化合物体系
• 1.2.3 联苯为中心的化合物体系
• 第三节 联苯中心类似结构材料的应用
• 1.3.1 联萘化合物体系
• 1.3.2 联噻吩化合物体系
• 第四节 论文研究思路
• 1.4.1 联苯结构化合物简介
• 1.4.2 论文的设计思想
• 1.4.3 论文结构
• 参考文献
• 第二章 基于联苯的交叉苯撑乙烯化合物的合成与表征
• 引言
• 第一节 交叉型化合物TDPVBi的合成
• 2.1.1 TDPVBi的合成路线
• 2.1.2 TDPVBi的合成过程
• 2.1.3 TDPVBi结构表征
• 第二节 TDPVBi、DPVBi材料物理性质表征
• 2.2.1 光物理性质
• 2.2.2 热力学性质表征（DSC和TGA）
• 2.2.3 薄膜形貌表征（AFM）
• 第三节 TDPVBi、DPVBi材料器件表征
• 2.3.1 TDPVBi蓝光发射器件性质研究
• 第四节 TDPVBi薄膜热处理研究
• 第五节 完全AIE分子白光器件的研究
• 2.5.1 材料基本物理性质
• 2.5.2 基于TDPVBi、CN-DPASDB的白光器件的构筑
• 第六节 本章小结
• 参考文献
• 第三章 联苯并噻二唑中心（DBTz）红光材料的构筑
• 引言
• 第一节 苯并噻二唑为中心的红光材料的合成
• 3.1.1 苯并噻二唑溴代物合成路线
• 3.1.2 苯并噻二唑溴代物的合成方法
• 3.1.3 dTPA-BTz、tTPA-dBTz的合成
• 3.1.4 产物结构表征
• 第二节 dTPA-BTz与tTPA-dBTz基本物性研究
• 3.2.1 光物理性质
• 3.2.2 热力学性质表征（DSC和TGA）
• 3.2.3 薄膜形貌表征（AFM）
• 3.2.4 电化学性质及理论计算结果
• 第三节 tTPA-dBTz、dTPA-BTz发光器件研究
• 3.3.1 tTPA-dBTz、dTPA-BTz的旋涂器件研究
• 第四节 本章小结
• 参考文献
• 第四章 DBTz噻吩类化合物的合成与表征
• 引言
• 第一节 苯并噻二唑为中心D-A型光伏材料的合成
• 4.1.1 tTh-BTz与oTh-dBTz的合成
• 4.1.2 产物结构表征
• 第二节 四种化合物的基本物性研究
• 4.2.1 光物理性质
• 4.2.2 热力学性质表征（DSC和TGA）
• 4.2.3 电化学性质及理论计算结果
• 第三节 tTPATh-dBTz、dTPATh-BTz的旋涂光伏器件
• 4.3.1 tTPATh-dBTz、dTPATh-BTz的旋涂光伏器件研究
• 第四节 本章小结
• 参考文献
• 第五章 DBTz苯撑乙烯化合物的合成与表征
• 引言
• 第一节 苯并噻二唑苯撑类光伏材料的合成
• 5.1.1 dTPA=BTz（L4）与tTPA=dBTz（C4）的合成
• 5.1.2 产物结构表征
• 第二节 dTPA=BTz与tTPA=dBTz基本物性表征
• 5.2.1 材料光物理性质
• 5.2.2 热力学性质表征（DSC和TGA）
• 5.2.3 电化学性质及理论计算结果
• 第三节 dTPA=BTz、tTPA=dBTz小分子旋涂器件
• 5.3.1 dTPA=BTz、tTPA=dBTz光伏器件性能研究
• 第四节 本章小结
• 参考文献
• 第六章 实验试剂与测试仪器
• 6.1 实验中所用试剂
• 6.2 实验用测试仪器与方法
• 作者简历
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 致谢