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苯并噻唑类有机金属络合物的分子结构与光电特性的研究

作　者: 许慧侠
导　师: 许并社
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 有机电致发光 分子结构 光电性能 苯并噻唑 取代基
分类号: O626.25
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着全球对发展“低碳经济”达成共识,有机电致发光器件(OLED)因其无污染、节能低耗、发光效率高等性能优势而成为显示和照明领域优先发展的技术。作为一种新型的显示技术和固态光源,由于其可实现柔性显示,被认为是21世纪“梦幻般”的显示技术。广泛地使用OLED照明可以减少大气的温室效应。有机电致发光材料是OLED的核心,有机金属络合物因其良好的成膜性、易提纯、环境稳定性好、发光颜色可调控、在器件中既可做发光材料又可做电子传输材料而备受关注。为了实现全色显示,蓝光材料必不可少。本文以优异的电子传输材料2-(2-羟基苯基)苯并噻唑锌(Zn(BTZ)2)为母体,通过引入不同的取代基以及改变中心金属离子合成了一系列发蓝光的金属络合物,应用x-射线单晶衍射方法确定其分子结构,研究了分子结构对其光电特性的影响。1.Be2+的金属络合物是性能优良的蓝光材料,如Beq2, Bebq2等。本文以Be2+为中心金属离子,合成了发蓝光的2-(2-羟基苯基)苯并噻唑铍(Be(BTZ)2),通过x-射线单晶衍射法确定其晶体结构为单斜晶系,C2/c空间群；Be(BTZ)2的光致发光光谱表现了较强的蓝色荧光；Be(BTZ)2的电子传输性能优于传统的电子传输材料m卜Alq3；单层器件的电致发光光谱的最大值为460nm。2.以具有给电子特性的-CH3为取代基,分别对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑中苯酚环上羟基的邻位、间位及对位上的氢原子进行取代,制备了Zn(3-MeBTZ)2、Zn(4-MeBTZ)2和Zn(5-MeBTZ)2;发现Zn(3-MeBTZ)2、Zn(5-MeBTZ)2为特殊的双分子结构,发光光谱相对于母体Zn(BTZ)2发光红移,Zn(4-MeBTZ)2为单分子结构,发光光谱相对于Zn(BTZ)2发光蓝移；这四种络合物的荧光量子效率由大到小的顺序为Zn(4-MeBTZ)2>Zn(5-MeBTZ)2>Zn(BTZ)2> Zn(3-MeBTZ)2,其中Zn(4-MeBTZ)2的荧光量子效率约为Zn(BTZ)2的1.56倍；Zn(4-MeBTZ)2的电致发光特性优于Zn(BTZ)2,启亮电压仅为2.3V。3.以给电子基-OCH3和吸电子基-F、-CF3为取代基,合成了Zn(4-OCH3BTZ)2、Zn(4-FBTZ)2和Zn2(4-tfmBTZ)4;实验发现,给电子取代基的引入,即Zn(4-OCH3BTZ)2和Zn(4-MeBTZ)2为四配位结构,晶体为三斜晶系,P-1空间群；量子计算和实验结果分析表明引入吸电子取代基-F,得到的Zn(4-FBTZ)2也是四配位结构,只有吸电子取代基-CF3的取代物Zn2(4-tfmBTZ)4为五配位的二聚体结构,单斜晶系,P21/n空间群；除了Zn2(4-tfmBTZ)4的发射峰几乎与[Zn(BTZ)2]2相等外,四配位络合物使光学带隙变宽,发射光谱蓝移,发光峰值由小到大的顺序为Zn(4-OCH3BTZ)2<Zn(4-FBTZ)2<Zn(4-MeBTZ)2< [Zn(4-tfmBTZ)2]2=[Zn(BTZ)2]2;由于取代基的诱导效应和中介效应的综合影响,氟取代的Zn(4-FBTZ)2表现了与甲氧基取代相似的光学特性；在四配位络合物中,取代基-CH3和-OCH3相对于四配位的Zn(BTZ)2使LUMO.HOMO能级升高,-F取代基使HOMO升高、LUMO降低,而-CF3取代基相对于二聚体的[Zn(BTZ)2]2使HOMO和LUMO同时降低。4.以Zn2(4-tfmBTZ)4和具有空穴传输特性的NPB分别为发光层和空穴传输层,制作了白光发射器件；器件的电致发光光谱基本不随电压发生变化,具有良好的色稳定性,白光的显色指数为87.9,可以满足实用化的要求；随着发光层厚度的增加,电致激基复合物的发射峰增强,Zn2(4-tfmBTZ)4和NPB的发射峰减弱；电致激基复合物的形成主要是由于Zn2(4-tfmBTZ)4/NPB界面的势垒较大,导致电子和空穴在该界面处堆积。

全文目录


摘要  3-6
ABSTRACT  6-10
目录  10-14
第一章 有机电致发光概述  14-46
  1.1 有机电致发光的历史及发展  14-15
  1.2 有机电致发光器件  15-17
    1.2.1 OLED的基本结构  15-17
    1.2.2 OLED的特点  17
  1.3 有机电致发光的基本原理  17-22
    1.3.1 基本概念  17-19
    1.3.2 有机电致发光的机理  19-22
  1.4 用于有机电致发光器件的材料  22-25
    1.4.1 电极材料  22
    1.4.2 载流子注入材料  22-23
    1.4.3 电荷传输材料  23-24
    1.4.4 发光材料  24-25
  1.5 用于OLED有机金属络合物  25-31
    1.5.1 红光有金属络合物  26
    1.5.2 绿光有机金属络合物  26-27
    1.5.3 蓝光有机金属络合物  27-31
  1.6 发光材料的分子结构对光电性能的影响  31-34
  1.7 选题目的及主要内容  34-36
  参考文献  36-46
第二章 苯并噻唑金属络合物的合成与器件制备  46-58
  2.1 实验试剂和测试仪器  46-48
    2.1.1 实验试剂  46-47
    2.1.2 测试仪器  47-48
  2.2 材料的合成与器件制备  48-51
    2.2.1 配体的合成  48-49
    2.2.2 金属络合物的合成  49-50
    2.2.3 器件的制备  50-51
  2.3 表征方法  51-55
    2.3.1 单晶测试及解析  51
    2.3.2 能级结构测试  51-52
    2.3.3 荧光量子效率计算  52-54
    2.3.4 荧光寿命的测试  54
    2.3.5 计算方法  54-55
  参考文献  55-58
第三章 Be(BTZ)_2的分子结构、载流子传输性能与光学性能  58-76
  3.1 Be(BTZ)_2的结构表征  59-64
    3.1.1 核磁分析  59-60
    3.1.2 元素分析  60
    3.1.3 红外光谱分析  60-61
    3.1.4 单晶结构与π-π堆积  61-64
  3.2 Be(BTZ)_2的光物理性能  64-67
    3.2.1 热稳定性  64
    3.2.2 紫外吸收光谱  64-65
    3.2.3 荧光光谱  65-66
    3.2.4 能带结构  66-67
  3.3 模拟计算  67-70
    3.3.1 分子轨道  67-69
    3.3.2 载流子传输性能  69-70
  3.4 电致发光性能  70-71
  3.5 本章小结  71-72
  参考文献  72-76
第四章 Zn(n-MeBTZ)_2的分子结构与光电性能研究  76-110
  4.1 结构表征  78-96
    4.1.1 配体的结构表征  78-81
    4.1.2 Zn(n-MeBTZ)_2的结构表征  81-85
    4.1.3 Zn(n-MeBTZ)_2的单晶结构  85-96
  4.2 甲基对结构的影响  96-98
    4.2.1 分子结构  96-98
    4.2.2 π-π堆积结构  98
  4.3 甲基对光物理性能的影响  98-106
    4.3.1 热稳定性  98-99
    4.3.2 光谱特性  99-101
    4.3.3 能带结构  101-102
    4.3.4 荧光寿命  102-104
    4.3.5 电致发光性能  104-106
  4.4 本章小结  106
  参考文献  106-110
第五章 Zn(4-RBTZ)_2的结构和光电特性研究  110-136
  5.1 结构表征  110-119
    5.1.1 配体4-RBTZ的化学结构表征  110-113
    5.1.2 Zn(4-RBTZ)_2的化学结构表征  113-116
    5.1.3 单晶结构表征  116-119
  5.2 取代基对分子结构的影响  119-125
    5.2.1 给电子取代基对分子结构的影响  119-121
    5.2.2 吸电子取代基对分子结构的影响  121-124
    5.2.3 取代基对分子间相互作用的影响  124-125
  5.3 取代基对光物理性能的影响  125-133
    5.3.1 吸收光谱  125-126
    5.3.2 发射光谱  126-128
    5.3.3 荧光寿命  128-130
    5.3.4 能带结构  130-133
  5.4 本章小结  133-134
  参考文献  134-136
第六章 以Zn_2(4-tfmBTZ)_4为发光层的近白光发射器件  136-146
  6.1 Zn_2(4-tfmBTZ)_4的轨道能级计算  136-137
  6.2 Zn_2(4-tfmBTZ)_4的电致发光性能  137-140
    6.2.1 不同发光层厚度对光电性能的影响  137-139
    6.2.2 不同工作电压时的电致光谱  139-140
  6.3 电致激基复合物形成机理探讨  140-142
  6.4 本章小结  142
  参考文献  142-146
第七章 结论与展望  146-150
  7.1 结论  146-148
  7.2 创新点  148
  7.3 展望  148-150
发表论文  150-152
致谢  152

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 有机化学 > 杂环化合物 > 含双或多异原子的五节杂环 > 间硫氮茂（噻唑）
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