新型三苯胺类空穴传输材料的合成与性能研究

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空穴传输材料(HTMs)是一类重要的有机光电功能材料,它能有效提高空穴在器件中的注入效率和传输效率。由于小分子空穴传输材料和聚合物空穴传输材料的应用性能各有优劣,寻求新型性能优良的空穴传输材料一直是该领域研究的热点。本文设计合成了13种以不同桥键链接的含三苯胺基团的新型空穴传输材料。利用IR、~1H NMR和HRMS对中间体和目标产物进行了结构表征。所合成化合物在常见溶剂(如四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯)中均有良好溶解性。量子化学计算发现,所合成空穴传输材料的立体构型,能有效抑制化合物的结晶,且所合成化合物的HOMO能级与常用阳极材料ITO功函相近,有利于空穴的注入。对所合成空穴传输材料进行了光物理性能,电化学性能和热性能测试。结果表明,HTM1-HTM13在四氢呋喃溶液中的有两个吸收峰,分别处于294nm~309nm和375nm~434nm之间;这些化合物发射光谱范围从蓝光到黄绿光,荧光发射峰处于426nm~519nm的范围内;荧光寿命位于1.60ns~3.13ns之间,绝对荧光量子效率在22.3%~68.1%之间。电化学测试表明,化合物HTM1-HTM13具有合适的HOMO能级(-5.08eV~-5.29eV),有利于空穴由阳极向空穴传输层的注入。热性能测试表明,化合物HTM1-HTM13具有良好的热稳定性,玻璃化转变温度在72~146℃之间。用所合成化合物通过旋转涂覆工艺制备了薄膜,并对其进行了表征。通过X射线衍射研究了薄膜的结晶性,结果表明所形成有机薄膜为无定型结构;原子力显微镜照片显示了有机薄膜的表面平整度良好,并用场发射扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌和测量薄膜厚度。结果表明,化合物分子量的增加和共轭程度的提高可以改善化合物的成膜性。将合成化合物通过真空蒸镀或旋转涂覆的工艺制备了有机电致发光器件(OLEDs),结果显示随着化合物成膜性能的改善,空穴传输材料可以通过旋涂工艺成膜来制备有机电致发光器件。分子量较小的化合物(HTM5,7,8,11,13)采用真空蒸镀工艺,制备了ITO/HTL/Alq3/Al/LiF结构的器件,启亮电压在4.2V~9.8V之间,最大亮度可以达到8723cd/m~2。分子量较大的化合物(HTM1,2,3,4,6,9,10,12)采用旋转涂布工艺,制备了ITO/HTL/Alq3/Al/LiF结构的器件,结果显示化合物HTM10制备器件性能最优,启亮电压为5.2V,发光亮度为846.5cd/m~2,通过工艺改进制备了ITO/HTM10/P-PPV/Ba/Al结构的器件,结果显示启亮电压降到3.25V,发光亮度提高为103690cd/m~2。以化合物HTM12制备的ITO/HTM12/P-PPV/Ba/Al结构的器件,启亮电压为3.5V,发光亮度为70941cd/m~2,均优于以PEDOT为空穴传输层制备的相同结构OLED器件。
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