PPV基新型红光和近红外光发射共轭共聚物的合成与光电性能研究

摘要

自从英国剑桥大学首次报道聚对苯乙烯撑(PPV)电致发光材料以来，由于聚合物电致发光材料在平板显示方面的潜在应用，使得作为聚合物发光器件活性材料的π共轭聚合物在科学研究和商业应用方面受到极大的关注。近年来已有大量电活性和光活性共轭聚合物用作电致发光材料的研究，其中PPV及其衍生物发光材料由于其优异的热稳定性和高的量子效率而备受关注。然而，虽然对PPV做了大量修饰和改进，但PPV衍生物的发光色纯度仍然不高，最大电致发射波长一般不超过600nm。对于全色发光、大面积平板显示，饱和红光是非常重要的、不可缺少的。窄带隙共轭聚合物对于拓宽异质结太阳能电池的光谱响应区间、提高吸收光子的数目是非常重要的。同时，近红外波段是一个重要的波长区，其是无线电通讯波段所在区域，并且处于近红外频段的聚合物发光器件有望成为无线电通讯器件的泵浦源。因此，饱和红光发射和近红外光发射的共轭聚合物的合成及其光电性能的研究是有非常重要的理论和现实意义。 本论文的目的就在于合成饱和红光和近红外光发射的PPV类共轭聚合物，并对其进行表征和光电性能研究。我们首次通过钯催化的Stille偶合反应将不同配比的窄带隙单元引入到PPV衍生物主链中，合成了六个系列的PPV基新型饱和红光和近红外光发射的共轭共聚物，如聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(2，1，3-苯并噻二唑乙烯撑)](PMOPV-BTV)、聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(2，1，3-苯并硒二唑乙烯撑)](PMOPV-BSV)、聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(4，7-二噻吩-2，1，3-苯并噻二唑乙烯撑)](PMOPV-DBTV)、聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(4，7-二噻吩-2，1，3-苯并硒二唑乙烯撑)](PMOPV-TBSV)，以及聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(2，1，3-萘并噻二唑乙烯撑)](PMOPV-NTV)和聚[(2-甲氧基-5-辛氧基-对苯乙烯撑)-(2，1，3-萘并硒二唑乙烯撑)](PMOPV-NSV)。所得聚合物在普通的有机溶剂中(如甲苯、二甲苯、氯仿、四氢呋喃等)都有很好的溶解性。我们对所得聚合物进行了核磁共振(氢谱和碳谱)检测和元素分析测试，并全面地研究了聚合物的紫外-可见光吸收特性、电化学特性、光致发光性能和电致发光性能，部分聚合物还进行了光伏特性初步研究。 论文中器件的基本结构为：ITO/PEDOT：PSS/Polymer/Ba/A1。随着窄带隙单元含量的增加，聚合物的最大电致发光波长很明显地红移。其中聚合物PMOPV-BTV系列全部发射饱和红光，最大电致发射波长为659-724nm。聚合物PMOPV-TBSV全部发射近红外光，窄带隙含量为30％的时，聚合物PMOPV-TBSV30最大发射波长为800nm，是目前不含有稀土金属络合物和有机染料离子的电荧光聚合物中极少见的，也是PPV基共轭聚合物中目前所报道的最大电致发射波长。并且，对共聚物的荧光光谱和器件性能研究发现，PPV共聚物主链中窄带隙单元作为强大的激子陷阱，使能量从主聚合物片段到窄带隙单元发生非常有效的的转移。PPV与宽带隙聚合物PPP、PF及PCz等一样，能够很好地作为host，在其主链中引入窄带隙单体而发生高效的能量转移，为制备发射饱和红光和近红外光及更长波长的PPV基共聚物提供了有效可行的思路。　　另外，我们还采用Heck偶合反应合成了一系列PPV基新型电致饱和红光聚合物材料；采用Suzuki反应制备了含有窄带隙单体萘并噻二唑(NT)或萘并硒二唑(NS)的咔唑为主链的共轭聚合物材料，及以烷氧基苯或烷基芴为第三组分的三元共轭聚合物电致发光材料，并对其性能进行了初步研究。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1聚合物电致发光材料及器件的的发展概况

1.2聚合物电致发光器件

1.2.1聚合物电致发光机理

1.2.2聚合物中的光物理过程

1.2.3器件结构

1.2.4器件性能

1.3聚合物电致发光材料和传输材料

1.3.1聚对苯乙烯撑及其衍生物

1.3.2聚噻吩及其衍生物

1.3.3聚对苯及其衍生物

1.3.4聚芴及其衍生物

1.3.5聚咔唑及其衍生物

1.3.6聚合物电磷光材料

1.3.7聚合物载流子传输材料

1.4主要聚合方法

1.4.1 FeCl3催化缩合反应

1.4.2 Pd催化缩合反应

1.4.3 Ni催化缩合反应

1.4.4 Wessling反应

1.4.5 Glich反应

1.4.6 Honor反应

1.5研究课题的提出和来源

1.6主要研究内容及创新性

1.6.1论文的研究内容

1.6.2本论文的创新之处

第二章实验技术

2.1仪器设备

2.2聚合物及单体的表征

2.3器件制备

2.3.1基片准备

2.3.2阳极缓冲层成膜

2.3.3活性层成膜

2.3.4金属电极的蒸镀

2.3.5包封

2.4性能测试

2.4.1聚合物薄膜和溶液的光谱性能、电化学性能测试

2.4.2聚合物发光二极管电学特性、发光效率测试

2.4.3聚合物固体薄膜太阳能电池的性能测试

2.5本章小结

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料与试剂

3.2.2单体的合成

3.2.3聚合物的合成

3.3结果与讨论

3.3.1单体和共聚物的合成与结构表征

3.3.2共聚物的吸收特性和电化学特性

3.3.3共聚物的光致发光性能

3.3.4共聚物的电致发光性能

3.3.5 PMOPV-BTV5与PFO-BT5和PCz-BT5的比较

3.4本章小结

第四章含有窄带隙BSV单元的PPV基新型电致发光共聚物的合成及性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料与试剂

4.2.2单体的合成

4.2.3聚合物的合成

4.3结果与讨论

4.3.1单体和共聚物的合成与结构表征

4.3.2共聚物的吸收特性和电化学特性

4.3.3共聚物的光致发光性能

4.3.4共聚物的电致发光性能

4.4本章小结

第五章含有4,7-二噻吩-2，1，3-苯并噻二唑的新型PPV基近红外发光共聚物的合成及性能研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1原料与试剂

5.2.2单体的合成

5.2.3聚合物的合成

5.3结果与讨论

5.3.1单体和共聚物的合成与结构表征

5.3.2共聚物的吸收特性和电化学特性

5.3.3共聚物的光致发光性能

5.3.4共聚物的电致发光性能

5.4本章小结

第六章含有4,7-二噻吩-2，1，3-苯并硒二唑的新型PPV基近红外发光共聚物的合成及性能研究

6.1引言

6.2实验部分

6.2.1原料与试剂

6.2.2单体的合成

6.2.3聚合物的合成

6.3结果与讨论

6.3.1单体和共聚物的合成与结构表征

6.3.2共聚物的吸收特性和电化学特性

6.3.3共聚物的光致发光性能

6.3.4共聚物的电致发光性能

6.4本章小结

第七章聚合物光电池器件特性初步探讨

7.1引言

7.2光伏器件特性

7.3本章小结

第八章含有NTV或NSV单元的PPV基新型电致发光共聚物的合成与性能

8.1共聚物及单体的合成

8.2共聚物的吸收光谱

8.3共聚物的电致发光光谱

第九章HECK反应制备PPV基新型电致发光共聚物

9.1共聚物及单体的合成

9.2共聚物的吸收光谱

9.3共聚物的光致发光和电致发光特性

第十章PCZ基电致发光共聚物的合成与性能

10.1共聚物及单体的合成

10.2共聚物的吸收光谱

10.3共聚物的电致发光光谱

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的与学位论文相关的学术论文

致谢