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聚合物半导体具有优异的光、电性能,在光电子领域有着广泛的应用,是近年来研究的热门课题之一。对聚合物半导体材料进行掺杂,利用供体-受体间的共振能量转移(Resonance Energy Transfer,RET),可以有效改善聚合物发光二极管、聚合物太阳能电池、生物传感器等光电子器件的工作性能。聚乙烯咔唑(PVK)是一种很好的激发态能量供体材料,可以与多种能量受体分子,如PPVs、三(8-羟基喹啉铝)(Alq3),发生共振能量转移。在本论文中,设计并合成出四种聚苯撑乙烯衍生物(PPVs),分别与PVK进行掺杂,制得一系列聚合复合物薄膜和纳米颗粒,研究复合薄膜和纳米颗粒中聚合物的带隙、分子链构象、掺杂浓度等因素对其发光性质的影响。
第二章主要介绍单体和聚合物的合成。以对苯二酚为原料,通过取代反应和叶立德反应合成出1,4-二辛氧基苯、1,4-二溴甲基-2,5-二辛氧基苯和1,4-二溴甲基-2,5-二辛氧基苯鏻盐,通过傅里叶红外光谱、核磁共振谱对单体结构进行确认。以1,4-二溴甲基-2,5-二辛氧基苯为原料单体,用Gilch缩聚反应合成出均聚物:聚(1,4-二辛氧基-对苯撑乙烯)(BO-PPV)。采用Wittig反应,磷盐分别与对苯二甲醛、间苯二甲醛和邻苯二甲醛聚合,获得三种共聚物:聚(1,4-二辛氧基-对苯撑乙烯-alt-对苯撑乙烯)(p-PBO-PPV)、聚(1,4-二辛氧基-对苯撑乙烯-alt-间苯撑乙烯)(m-PBO-PPV)和聚(1,4-二辛氧基-对苯撑乙烯-alt-邻苯撑乙烯)(o-PBO-PPV)。
第三章主要研究了共聚结构对聚合物发光性质的影响。通过分析聚合物的光致发光(PL)谱、紫外-可见吸收光谱(UV-vis),可以看出共聚物的吸收峰和PL峰相对于均聚物发生显著蓝移,带隙增大,分析了分子链构象与聚合物带隙之间的关系。
第四章主要研究了PVK/PPVs复合薄膜的发光性质,研究聚合物的掺杂浓度和带隙对复合薄膜的发光强度和共振能量转移效率的影响。随着m-PBO-PPV和p-PBO-PPV掺杂浓度的增加,PVK的发光强度逐渐减弱,m-PBO-PPV和p-PBO-PPV的发光峰强度逐渐增强,能量转移效率增大。由于m-PBO-PPV的吸收谱与PVK的发光谱交叠程度大,其复合薄膜中共振能量转移效率较高。
第五章主要研究了PVK/PPVs复合纳米颗粒的发光性质,利用荧光光谱和透射电镜等手段研究掺杂浓度、共聚结构、分子构象等因素对复合纳米颗粒中共振能量转移的影响。随着复合纳米颗粒中m-PBO-PPV、p-PBO-PPV掺杂浓度的增加,PVK的发光强度逐渐减弱,m-PBO-PPV和p-PBO-PPV的发光强度逐渐增强。同浓度掺杂时,m-PBO-PPV/PVK复合纳米颗粒中受体的PL强度为p-PBO-PPV/PVK复合纳米颗粒中受体的PL强度的2.5倍。与复合物薄膜相比,相同掺杂浓度的复合纳米颗粒中受体的发光明显红移。