二乙烯基蒽衍生物固态荧光性质研究

【摘要】近20年间，科学家们对有机光电功能材料的研究不断深入，并在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳能电池以及传感器、存储器等诸多领域取得了一系列令人瞩目的研究成果。有机光电功能材料的性质与其聚集结构密切相关。本论文以两种二乙烯基蒽类共轭分子为研究对象，深入研究了他们的荧光性质，及其与分子结构、聚集态结构之间的内在联系。主要内容如下：1.研究了一种蝴蝶形的二苯乙烯基蒽衍生物BDPVA在聚集态的荧光性质。由于BDPVA的独特结构，相邻分子在形成密堆积结构时不仅有一定程度的错位滑移，而且在分子间弱相互作用下也具有较大程度的相互旋转：相邻分子长轴沿一维分子柱堆积方向的夹角为67°。这种交叉排列结构，使得相邻分子的跃迁偶极间具有较大的夹角，这极大程度地减弱了分子间的激子耦合作用，使得聚集态的分子仍具有较高的辐射跃迁速率；另一方面，分子间的弱相互作用也明显地抑制了由振转运动所主导的非辐射跃迁过程。此外，分子整体较扭曲的构型避免了相邻分子π体系间的相互重叠，有效减弱了分子间振动-激子耦合对发光的影响。因此，BDPVA的单晶具有较高的荧光效率，达到了0.60。较高的荧光效率拓展了BDPVA在实际应用中的前景。高质量的BDPVA单晶具有优异的放大自发射性质，阈值约为200μJcm-2，半峰宽最小为12nm，最高净增益达到了69cm-1，足以和聚合物材料相媲美。基于BDPVA薄膜的非掺杂电致发光二极管也同样展现出了优良的性能，光谱的色坐标为（0.35,0.55），最大亮度达到了24750cdm-2，最高电流效率及功率效率分别达到了9.91cdA-1和7.78lmW-1，在非掺杂荧光材料中处于较高的水平。这些数据展现出了BDPVA在有机固体激光和有机电致发光等领域具有潜在的应用价值。2.以含吡啶的二乙烯基蒽衍生物BP3VA为对象，研究了吡啶的质子化对分子在聚集态荧光性质的影响。通过对晶体结构的分析，我们直观地展示出了质子化对聚集态分子荧光的影响。在分散态时，吡啶基团的质子化的主要影响分子内前线轨道的分布，导致前线轨道能级产生变化，从而使吸收和荧光产生变化。而在聚集态，质子化同时导致了分子内和分子间两方面的变化。吡啶的质子化，一方面会导致其吸电子能力增强，影响前线轨道分布，使轨道的能级发生变化带隙降低，这与对分散态分子的影响相同；更重要的是质子化过程会导致聚集结构的变化。在我们所研究的BP3VA体系中，分子间较强的氢键降低了相邻分子间的距离，使得激子耦合较未质子化时明显增强，最低激发态能级进一步降低。两方面的因素共同导致电子跃迁所需的能量降低，使得荧光红移。借助于广角XRD与荧光显微镜，我们可以直观地看到BP3VA粉末中的微晶在质子化作用下的转化过程，正是微晶间的相互转化导致了其粉末由绿色到橙红色荧光的巨大变化。我们获得的结果不仅解释了BP3VA荧光变化的内在原因，也有助于揭示聚集态的分子在酸碱刺激下的光物理性质变化的本质原因。
【作者】张继博；
【导师】田文晶；
【作者基本信息】吉林大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】有机发光材料；单晶；放大自发射；固态发光；聚集态结构；

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