介观光学结构提高蓝色顶发射有机电致发光器件效率

利用宽带有机半导体材料(2, 9-二甲基-4, 7-二苯基-1, 10-菲啰啉, BCP)形成无序介观光学结构来提高蓝色顶发射有机电致发光器件(OLED)的出光效率,从而提升器件的外量子效率.基于BCP折射率匹配的作用,在顶电极上增加一层BCP薄膜,器件内的波导光能够被进一步散射出来,且由于此材料本身具有低的玻璃化转变温度,在一定的环境条件下(温度及湿度)下BCP易发生自聚集结晶而形成无序介观光学结构,藉此结构使原来被限制于表面等离激元(SPP)的能量而耦合成自由光场,从而被有效提取出来.通过BCP结构薄膜的作用,器件最大亮度从4500 cd·m^-2提升至9840 cd·m^-2,外量子效率(EQE)从0.42%提升至1.14% (提高了1.7倍),此外光谱也蓝移12 nm,实现了蓝色发光光谱的优化.     

金属纳米粒子增强有机光电器件性能研究进展

金属纳米粒子以其特殊的体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应提供了诸多优异的光学和电学性能.实验表明,利用金属纳米粒子的光学和电学效应可以有效提升有机光电器件的综合性能.目前在有机发光二极管器件中流明效率最好的增强效果为150%,在有机光伏器件中功率转换效率最好的增强效果为70%,特别是在一些高效有机光电器件中的成功应用,虽然增强的比例相对较低,但是器件效率基数大,最终得到的器件性能相当优异.这些性能提升的主要机理包括表面增强荧光、等离激元光捕获、能量转移、电学效应、散射效应等.本文以金属纳米粒子的表面等离子体共振效应和电学效应为主线,按照不同纳米粒子及器件中的修饰位置进行分类,系统总结了金属纳米粒子提高有机发光二极管器件和有机光伏器件性能方面的工作.针对纳米粒子的局域表面等离子共振效应作用范围小,增强波长单一等问题,总结了一些新的设计思路如远场增强效应、纳米粒子和激子剖面的调控与匹配及散射增强效应等,希望为进一步的结构设计提供帮助.     

有机发光二极管光取出技术进展

有机发光二极管(OLED)经过近30年的发展,在材料开发和器件结构设计上取得了丰富成果,OLED在显示,尤其高端智能手机上已经开始大规模商用。但在照明领域,由于器件效率、寿命以及成本的原因,产业还不够成熟。器件的光波导效应和表面等离子体基元效应使绝大部分光子产生非辐射耦合,并以热能的形式消耗掉,造成了内外量子效率巨大差距;是器件效率与寿命不佳的主要原因之一。因此在OLED照明器件中,通过光取出技术将这部分光耦合出来显得十分必要。本文首先介绍了有机发光二极管的光学分析方法,从射线光学模型分析OLED器件中光能辐射的四种模式以及光能损耗机理,然后结合近几年各科研机构研究成果和产业上一些代表性专利,从内光取出和外光取出两方面总结了相关光取出技术的研究进展。最后我们对光取出技术路线进行总结。     

高效率有机电致发光器件的制备与研究

有机电致发光器件(OLED)具有亮度高、功耗低、色彩柔和以及制备简易等优点,有望在新一代显示与照明中得到重要应用.提高OLED的发光效率和出光效率,可以进一步使器件达到延长工作寿命和节约能源的目的,以满足实际应用的需求.     

有机发光材料的电化学稳定性及其对器件稳定性的影响

有机发光器件（OLED）在平板显示和固体照明领域有着广阔的应用前景.过去的二十多年来,OLED的效率得到了大幅提升,但是器件的稳定性仍有待提高.在OLED器件中,通常认为载流子的传输涉及分子反复的氧化还原.因此,OLED材料的电化学性质是影响器件稳定性的重要因素.本文总结了近年来有关OLED材料电化学性质的研究进展,并重点探讨了材料的电化学稳定性与器件稳定性之间的关系.总结发现：（1）单极性材料的电化学不稳定性是导致器件衰减的本质原因之一;（2）双极性材料高度的电化学稳定性有助于提高器件的稳定性,但并不一定保证器件具有高稳定性;（3）有关材料分子结构的稳定性对器件稳定性的影响以及器件的本征衰变机制还有待深入研究.相信,对OLED发光材料稳定性和器件衰变机制的深入研究将有助于提高其他有机光电材料和器件的稳定性,从而推动有机电子学和相关产业的发展.     

基于等离激元热电子调控的全谱光催化产氢增强（英文）

等离激元效应在光催化体系中的集成为实现广谱光吸收提供了一个新的途径,然而等离激元热电子的较低迁移率和不确定扩散方向使得其光催化效率仍较低.等离激元金属与n型半导体接触后,其界面间会形成肖特基结.在特定波长太阳光照射下,等离激元金属将其表面等离子体能量聚集在表面自由电子上,进而产生热电子.当这些热电子具有的能量高于肖特基势垒时,热电子便可注入到半导体导带上.与此同时,半导体上的电子可以通过肖特基接触发生回流,与金属上的空穴复合,进而降低半导体-等离激元金属复合材料的光催化性能.因此,为了提高光催化效率,如何调控等离激元热电子迁移和充分利用等离激元效应是一个重要挑战.本文尝试将"表面异质结"与肖特基结相结合的复合结构,得以有效地调控等离激元热电子的迁移.在该复合结构中,金纳米颗粒和铂纳米颗粒分别作为等离激元吸光单元和助催化剂,集成在TiO_2纳米片表面.其中"表面异质结"是由TiO_2纳米片的两种不同表面晶面所构成,我们选择由{001}和{101}两组晶面组成的TiO_2纳米片作为半导体衬底.该结构中的{001}晶面导带能级高于{101}导带能级,因而电子由高能级的{001}流向低能级的{101}晶面,可以用来引导等离激元热电子从可见光响应的金纳米颗粒向TiO_2进行高效转移.通过巯基丙酸的桥联作用,将等离激元Au纳米颗粒锚定在TiO_2纳米片的{001}晶面上,获得Au-TiO_2{001}样品.另一方面,利用TiO_2纳米片自身光生电荷导向性光沉积,得到与{101}晶面结合形成的Au-TiO_2{101}样品.我们对两组样品进行光电流和光催化产氢实验对比,确认在"表面异质结"诱导下Au-TiO_2{001}样品中Au产生的光生热电子可以更好地注入到TiO_2纳米片导带上.我们进一步通过光沉积Pt纳米颗粒来判定光生电子所能到达的区域,验证了以上结论.与此同时,肖特基结由铂纳米颗粒与TiO_2纳米片所形成,可以促使电子由TiO_2向铂纳米颗粒进行转移,而避免发生向金纳米颗粒的反向迁移,从而在Au-TiO_2体系中实现高效的单向载流子转移.基于该设计,等离激元光催化剂实现了明显改善的全谱光催化产氢性能.本文为全谱光催化的复合结构理性设计提供了一个新的思路.     

基于四齿配体的蓝光d8金属配合物及其OLED应用的研究进展

用于有机发光二极管(OLED)的红光和绿光磷光金属配合物材料在稳定性和发光效率方面均已达到了目前产业化应用的要求,而蓝光磷光配合物则在稳定性方面无法达到应用条件。高能量的激发态以及d-d态引起的配合物分解是造成蓝光磷光OLED器件稳定性差的原因之一。采用四齿配体开发d~8金属配合物是同时提升配合物发光效率和稳定性的途径之一,有望在蓝光磷光材料和器件应用方面取得突破。本文总结了基于四齿配体的蓝光铂(Ⅱ)和钯(Ⅱ)配合物的研究进展,通过探讨配体结构对配合物光物理性质和稳定性的影响,为继续开发具有应用前景的蓝光金属配合物材料提供了指导性方向。     

有机金属配合物电子传输材料*

电子传输材料在OLED (Organic Light Emitting Diode) 中起着极为重要的作用,电子迁移率高的传输材料可以使器件的电子与空穴注入大致平衡,从而增加激子形成的概率,减少器件中由于空穴数量过剩而导致空穴通过器件内部传输到阴极而形成的漏电流,提高器件发光亮度和效率。本文概述了有机金属配合物电子传输材料的进展,以金属中心离子来划分有机金属配合物电子传输材料的种类,分别介绍了主族的Al、Be等,副族的Cu、Zn等以及稀土金属为中心离子的电子传输材料;并展望了金属配合物电子传输材料的发展前景。     

铂配合物磷光材料在OLED中的应用研究进展

有机发光二极管（OLED）开发和商业化的一项关键突破是将磷光材料用作发光材料,与荧光材料相比,磷光材料的内部量子效率提高了3倍。在所有磷光材料中,方形平面铂（Ⅱ）配合物由于高的结构刚性而表现出磷光量子产率高、磷光寿命短以及化学和热稳定性高等优点,这对于实现具有长使用寿命的OLED至关重要。另一方面,铂（Ⅱ）配合物由于其平面配位几何形状,可以轻松构建二齿、三齿或四齿配体,从而可显著调控铂（Ⅱ）配合物的光物理性质。除此之外,含多个Pt中心可以进一步增强分子的自旋轨道耦合作用从而增强其磷光发射。基于以上考虑,该文对含二齿、三齿和四齿配体的单核及多核铂（Ⅱ）配合物在OLED发光材料中的应用进行了总结,并讨论了配体结构对器件性能的影响。最后,对铂（Ⅱ）配合物材料的研究难点进行了分析,对其未来的发展趋势进行了展望。     

氧化石墨烯掺杂PEDOT:PSS作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)掺杂聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响. 在PEDOT:PSS水溶液中掺入GO, 经过湿法旋涂和退火成膜后, 不仅提高了空穴注入层的空穴注入能力和导电率, 透光率也得到了相应的提高, 从而使得有机发光二极管(OLED)器件的发光性能得到了提升. 通过优化GO掺杂量发现, 当GO掺杂量为0.8%(质量分数)时, 空穴注入层的透光率达到最大值(96.8%), 此时获得的OLED器件性能最佳, 其最大发光亮度和最大发光效率分别达到17939 cd·m^-2和3.74 cd·A^-1. 与PEDOT:PSS 作为空穴注入层的器件相比, 掺杂GO后器件的最大发光亮度和最大发光效率分别提高了46.6%和67.6%.     

Fluorescence Emission Mediated by Metal-Dielectric-Metal Fishnet Metasurface: Spatially Selective Excitation and Double Enhancement

Enhancement of fluorescent radiation is of great importance for applications including biological imaging, high-sensitivity detectors, and integrated light sources. Strong electromagnetic fields can be created around metallic nanoparticles or in gap of nanostructures, where the local state density of radiating mode is then dramatically enhanced. While enhanced fluorescent emission has been demonstrated in many metallic nanoparticles and nanoparticle pairs, simultaneous mediation of absorption and emission processes of fluorescent emitters remains challenging in metallic nanostructures. Here, we investigate fluorescent emission mediated by metal-dielectric-metal fishnet metasurface, in which localized surface plasmon (LSP) and magnetic plasmon polaritons (MPPs) modes are coupled with absorption and emission processes, respectively. For absorption process, coupling of the LSP mode enables spatially-selective excitation of the fluorescent emitters by rotating the polarization of the pump laser beam. In addition, the polarization-dependent MPP mode enables manipulation of both polarization and wavelength of the fluorescent emission by introducing a rectangular fishnet structure. All the experimental observations are further corroborated by finite-difference time-domain simulations. The structure reported here has great potentialfor application to color light-emitting devices and nanoscale integrated light sources.     

甲基修饰的咔唑/二苯砜基AIE-TADF蓝光材料及其OLED器件

以四甲基咔唑为电子给体(D)、 二苯砜为电子受体(A)构建了具有D-A-D结构的纯有机咔唑/二苯砜衍生物——9,9'-[磺酰基双(3,1-亚苯基)]双(1,3,6,8-四甲基-9H-咔唑)(TMe-mSOCz). 对所合成材料的光物理性能研究表明, TMe-mSOCz表现出明显的聚集诱导发射(AIE)和热激活延迟荧光(TADF), 延迟寿命和延迟荧光占比分别为2.26 μs和47.7%, 并具有良好的电化学稳定性和热稳定性. 基于TMe-mSOCz作为非掺杂发光层制备了有机发光二极管(OLED)器件, 其启亮电压(V_on)为3.5 V, 最大外量子效率为5.63%, 国际照明委员会(CIE)坐标为(0.18, 0.26). 在1000 cd/m²亮度下, 非掺杂器件的效率滚降非常小(7.1%), 色彩稳定性较好, 其具有窄的半峰宽(FWHM=72 nm). 研究结果表明, 在传统TADF分子给受体间引入甲基修饰有利于开发具有AIE特性与更高效的D-A-D型TADF分子, 这为基于AIE-TADF分子开发新型OLED器件提供了新途径.     

Au/Pt纳米柱阵列电极的制备及光电催化氧化甲醇性能

利用纳米压印、 电沉积和气相沉积方法构筑了有序均一的Au及Au/Pt纳米柱阵列电极. 通过反射光谱观测到580和660 nm附近的特征吸收谱峰, 并基于有限元电磁场(FEM)理论模拟, 确定其表面等离激元共振(SPR)性质分别对应于纳米柱柱顶的电偶极模式(584 nm)、 电四极模式(638 nm)以及表面等离激元极化子(666 nm). 制备的等离激元纳米柱电极用于甲醇光电催化氧化反应时, SPR效应能显著地增强甲醇的电催化氧化电流. 当表面负载2 nm的金属Pt时, 光电催化氧化甲醇活性最高, 光照使氧化电流增加, 同时甲醇的氧化峰电位随光强的增加逐渐负移, 证明SPR弛豫产生的热空穴参与到光电协同甲醇氧化中. 在恒电流甲醇氧化实验中, 光照使表面氧化反应时间延长6倍, 减小了CO的毒化, 证明SPR对于电极表面产生一定的清洁作用.     

单金纳米棒的光散射分析化学:径向比与分析灵敏度的关系

单纳米颗粒作为信号感应单元在化学与生物传感应用中已引起广泛关注.本文通过暗场显微成像(iDFM)研究了不同径向比金纳米棒的光散射性质.将iDFM与扫描电子显微镜(SEM)结合表征种子生长法制备的金纳米棒,结果发现,因局域表面等离子体共振而展示出的红色散射光随单个金纳米棒的径向比增大逐渐红移,且金纳米棒对其周围介质折光率(RI)变化的敏感程度随径向比增大而增大.这一结果对设计高灵敏的生物纳米传感器、提高分析检测的灵敏度具有很好的指导意义.     

亚铜配合物的光致发光与电致发光研究

亚铜[Cu（Ⅰ）]配合物因其低廉的价格、多样化的结构和独特的光物理性质一直备受关注.本文综述了常见磷光Cu（Ⅰ）配合物[Cu（NN）2]＋、[Cu（NN）（PP）]＋和（CuX）mLn（其中NN表示双齿二胺配体,PP表示二膦配体,X表示卤素,L表示含N或P配体）的光致发光与电致发光研究,揭示配合物结构与光学性质的关系,探讨近年来Cu（I）配合物在有机发光二极管（OLED）领域的应用研究新进展.     

新一代有机电致发光材料突破激子统计

激子（或自旋）统计是基本的物理原理,决定有机半导体器件中形成单线态与三线态激子的比例（1：3）．近年来,基于新原理（三线态反系间窜越、延迟荧光）的OLED材料引起广泛关注．该类材料在理论方面重新催热了关于自旋统计的探讨,在应用方面有望发展成为低成本、高性能的新一代OLED材料,在国内相关领域得到重视,多个研究机构已布局开展相关研究．从目前的发展情况看,该类材料的发光机制、原理以及进一步材料设计思路还有待探讨和明确．鉴于此,本文综述了激子统计研究进展,分析了多种提高激子利用效率的途径,提出本课题组提高激子利用率的“热激子过程”新思路及杂化局域．电荷转移（HLCT）态材料设计原理,器件实现接近100％的激子利用效率．     

以5-取代-8-羟基喹啉和2-苯基吡啶为配体的金属铱配合物的合成、表征及光致、电致发光性质

本文通过在8-羟基喹啉的5位上引入氨基和取代的苯基,合成了系列二-[2-苯基吡啶（C^N）][5-取代-8-羟基喹啉（N^O）]铱（Ⅲ）配合物（（C^N）2IrQ）.这里CN代表2-苯基吡啶,Q代表5-取代-8-羟基喹啉.通过1HNMR、13CNMR、MS、元素分析、单晶X-衍射等对配合物的化学和晶体结构进行了表征.利用循环伏安、UV-Vis、光致和电致发光光谱等对它们的光物理性质进行了表征.热重分析表明苯环上的取代基对配合物热稳定性有很大影响.常温下,几种5-取代苯基喹啉铱配合物的溶液和固体产生红色磷光发射,光致发光（PL）光谱在666和687nm附近出现两个强度基本相等的发射峰.配合物的发光性质主要受喹啉环和5位苯基的影响,苯环上的取代基团对配合物的发光性质影响不大.而5-氨基喹啉铱配合物PL光谱的最大发射峰在550nm,其PL光谱主要受2-苯基吡啶的影响.将配合物二-[2-苯基吡啶（C^N）][5-（4-甲氧基苯基）-8-羟基喹啉（N^O）]铱（Ⅲ）（7b）掺杂在聚2,7-（9,9-二辛基）芴（PFO）和30%（质量分数）的2-对叔丁基苯基-5-对联苯基-1,3,4-口恶二唑（PBD）的主体材料中,制备了聚合物发光器件（OLED）,器件电致发光（EL）光谱的发射峰在672nm处,18V时最大亮度为350cd/m2,在电压14V时CIE色坐标值为（0.61,0.33）,是一红光OLED器件.     

链霉亲和素-异硫氰酸荧光素偶联核壳型Fe_3O_4/Au纳米晶的合成及性质

采用改进的Polyol合成法,以PEO-PPO-PEO为表面活性剂制备了链霉亲和素-异硫氰酸荧光素偶联的Fe3O4/Au纳米粒子;利用透射电镜和X射线衍射仪分析证实了Fe3O4/Au的核壳型纳米结构,确定了其粒径和分布;采用紫外-可见吸收光谱仪和荧光光谱仪测定了所制备的纳米粒子的光学活性和荧光特性,并采用振动样品磁强计(VSM)测量了其磁化率.结果表明,所制备的Fe3O4/Au纳米粒子具有光学活性和荧光特性,以及优异的磁性.