以辛基芴为主体的聚合物电致白光材料的合成与能量传递的研究

摘要

聚合物电致白光器件(Polymer-based White Light-Emitting Devices，PWLEDs)由于其在全彩平板显示、液晶显示器背光源和新一代固态照明等领域的潜在应用，已经受到科学和工业界的广泛关注。为了获得白光，可以简单将红色、绿色和蓝色(RGB)三基色或两个互补色，如蓝色和橙黄色配色共混制备器件。但器件在使用过程中容易在光、热和电等因素作用下产生相分离而产生诸如器件光谱稳定性不高、驱动电压增大乃至寿命降低等方面的问题。为了避免这些问题，在单个聚合物链上集成不同发色团，利用不同发色团之间的不完全能量传递来实现白光。
　　 本文采用Suzuki反应分别合成了辛基芴与2，7-二[2’-噻吩]-9-芴酮(2，7-bis(2-thieny1)-9-fluorenone，DTFO)和4，7-二[2’-噻吩]-2，1，3-苯并噻二唑(4，7-bis(2-thieny1)-2，1，3-benzothiadiazole，DBT)的共聚物，得到了两种单分子聚合物电致白光材料。并通过微乳液法制备了纳米聚合物分散粒子，研究了颗粒尺寸和Forster能量转移之间的关系。
　　 实验结果表明，调整DTFO和DBT在聚合物中的含量，可以控制辛基芴向DTFO和DBT的Forster能量转移，平衡各发色团的发光强度，实现白光发射。其中，当DTFO基团的含量为0.5％(摩尔分数)时，其色坐标为(0.33，0.31)，最大亮度为2302 cd/m2；当芴酮和DBT基团的含量为0.025％(摩尔分数)时，器件的色坐标为(0.37，0.34)，最大亮度为1632 cd/m2，最大电流效率为1.89 cd/A。
　　 将芴酮引入辛基芴和DTFO的共聚物，却没有观察到芴酮的发射峰。但是薄膜状态时，对比DTFO含量相同的三元共聚物和二元共聚物的光致发光光谱，发现三元共聚物中DTFO的发射峰相比二元共聚物增强了。说明芴酮从辛基芴接收的能量发生了Forest非辐射能量转移，完全传递给了DTFO，因此三元共聚物中DTFO的发射强度增加。这使得材料的选择更为广泛，只要选取具有合适吸收和发射光谱的基团，原本不发生能量传递的宽窄带隙基团可以通过该“桥梁基团”的中转实现非辐射能量转移。
　　 最后采用微乳液超声法，制备了不同粒径的聚合物纳米分散体，制备的纳米粒子粒径在78-360 nm。通过测试固体粉末的光致发光光谱发现，颗粒粒径越大，光谱与固态薄膜的光谱特性越接近；颗粒粒径越小，光谱与稀溶液的光谱特性越接近。粒径增大以后，颗粒内的有序相增多，导致更多的π-π堆积，从而增强了辛基芴向DBT的Forster能量转移，DBT的发射也随之增强。