蓝光新材料硅中心螺双芴衍生物的量化研究与设计

摘要

螺双芴衍生物在OLED中有广泛的实际应用价值。与螺双芴相比，硅中心螺双芴结构的膜形态具有较好的稳定性和新颖独特的发光性能，表现出良好的应用前景。了解化合物电子激发态的性质与化学及几何结构的关系对于设计新型电子学材料和调节其光/电性质具有重要意义。人们对硅中心螺双芴衍生物的发光性质在实验上开展了大量研究工作，但缺少理论上的充分支持。本研究组曾经以硅中心螺双芴衍生物为模型化合物，选择适合该体系的计算方法和基组，合理地解释了已有的实验事实。在此基础上，本论文采用所选择的计算方法，设计了多种新型的硅中心螺双芴发光材料作为蓝光材料。 本文以硅中心螺双芴为母体化合物，共设计了三类新型硅中心螺双芴衍生物蓝光材料，首先将N杂原子引入母体化合物骨架，设计“CH”/N取代的系列硅中心螺双芴衍生物，同时研究其相应-Ph与-t-Bu取代衍生物及二聚物的性质；其次将系列单和多-NO2、-CN、-NH2和-OCH3取代基分别引入母体化合物，设计H/R(R=-NO2、-CN、-NH2和-OCH3)取代的硅中心螺双芴衍生物；将具有推拉电子效应(push-pull)的双取代基引入母体化合物，形成具有push-pull效应的取代硅中心螺双芴衍生物。采用HF/6-31G*方法优化设计衍生物的基态几何结构，用B3LYP/6-31G*方法计算衍生物的电子性质；并用CIS/6-31G*方法优化它们第一激发态的几何结构；采用TD-B3LYP/6-31G*方法计算吸收与发射光谱。 计算结果表明，设计的衍生物的基态和激发态结构分别与其母体的基态和激发态结构相比，没有明显的变化。-NH2和-NO2二取代的推拉电子体系，双-NH2取代以及双-NO2取代衍生物的发射光谱有明显的红移，它们相对于分子母体的红移波长分别为56nm，96 nm和61 nm，可以作为蓝光材料。同时“CH”/N取代的衍生物的吸收和发射波长与母体相比没有明显的变化，但是在这些衍生物中存在着明显的电荷转移性质。“CH”/N取代的硅中心螺双芴衍生物可以看作是，在不改变发光颜色的前提下，能进行有效电荷转移的新型电致发光材料。根据理论计算结果，在设计的衍生物中引入苯环、加入push-pull效应或形成低聚物，均可以使吸收和发射光谱的振子强度提高，改善它们的光学性质。通过前线分子轨道的分布，以及HOMO-LUMO能隙，我们更深入地研究和解释了其光学性质的变化，为新材料的设计提供有效的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章、前言

一、有机发光器件的研究现状和发展趋势

二、有机电致发光材料器件结构与发光原理

(一)电致发光器件结构

(二)有机电致发光原理

三、有机电致发光材料的分类

(一)有机小分子电致发光材料

(二)高分子电致发光材料

四、螺双芴类发光材料

五、本论文的意义及研究内容

参考文献

第二章、光物理基本原理与量子化学计算方法

一、光物理基本原理

(一)基态和激发态

(二)单重和三重激发态

(三)选择定则

(四)激发态的衰减

二、量子化学计算方法

(一)量子化学的发展

(二)分子轨道理论

(三)电子相关作用

(四)密度泛函理论

(五)含时密度泛函理论

参考文献

第三章“CH”/N取代的硅中心螺双芴衍生物电子结构和光学性质的理论模拟研究

一、引言

二、计算模型与方法

三、结果与讨论

(一)基态

(二)激发态

(三)电荷转移性能

(四)重组能

(五)影响振子强度的因素

四、结论

参考文献

第四章H/R取代的硅中心螺双芴衍生物电子结构和光学性质的理论模拟研究

一、引言

二、计算模型与方法

三、结果与讨论

(一)基态

(二)激发态

(三)电荷转移性能

(四)影响振子强度的因素

四、结论

参考文献

致 谢

在学期间公开发表学术论文情况