印刷半导体碳纳米管薄膜晶体管光电性能研究

本文研究了聚[(2,7-9,9-二辛基芴基)-4,7-双(噻吩-2-基)苯并-2,1,3-噻二唑]（PFO-DBT）分离的半导体碳纳米管薄膜晶体管的光电性能。在超声和高速离心辅助下,PFO-DBT能够从商业化单壁碳纳米管中选择性分离出高纯的半导体碳纳米管。用得到的半导体碳纳米管溶液通过气溶胶喷墨印刷方法构建出高性能印刷薄膜晶体管器件。印刷碳纳米管薄膜晶体管表现出高的开关比（10⁷）和高迁移率（15.6 cm²·V^-1·s^-1）。并且所有制备的印刷薄膜晶体管具有很好的光敏感特性和很好的稳定性。     

含苯并硒二唑聚咔唑/芴类共轭聚电解质及其前驱体的合成与性能研究

采用Suzuki偶合反应合成了一系列新型的咔唑、芴和2,1,3-苯并硒二唑的共聚物——聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并硒二唑-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PCzN-BSeD)及其相应的聚电解质衍生物——聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并硒二唑-9,9-(双(3′-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴]二溴(PCzNBr-BSeD).在聚咔唑和芴中引入不同比例的2,1,3-苯并硒二唑(BSeD)单元,引起了由咔唑和芴链段向窄带隙苯并硒二唑(BSeD)单元有效的能量转移.通过对聚合物电致发光性能的研究,发现用聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDOT)或聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)/聚乙烯咔唑(PEDOT/PVK)作为空穴传输层时,器件的性能相差不大,表明咔唑的引入较明显的改善了聚合物的空穴注入性能.而且几乎所有的聚合物用高功函数铝作阴极的器件和用钡/铝作阴极的器件具有相近的发光性能,表明这类聚合物具有良好的电子注入性能.     

一种基于三苯胺类共轭聚合物荧光信号开启的汞离子检测方法

通过Suzuki反应合成出主链中含9,9-二(4-二苯胺基苯基)-3,6-芴的蓝光共轭聚合物—聚[2,7-(9,9-二辛基芴)-co-3,6-(9,9-二三苯胺基芴)] (36PFT).36PFT可特异地与I-相互作用,并淬灭36PFT的荧光.当I-的浓度为0.24 mmol/L时,36PFT的荧光淬灭程度可达95％,...     

烷基芴与三苯胺取代-3,6-芴共聚物的合成及其性能

用Suzuki偶联反应制备了一系列新型的9,9-二辛基-2,7-芴(DOF)与9,9-二(4-二苯胺基苯基)-3,6-芴(36FT)的共聚物. 所有的聚合物均可溶于常见的有机溶剂(如THF, CHCl3和甲苯等), 分子量在47000~189000之间. 电化学研究结果表明, 所有聚合物的HOMO能级都高于均聚烷基芴, 并且随着36FT含量的增加, HOMO值逐渐上升. 以该类聚合物为发光层制作了结构为ITO/PEDOT/PVK/polymer/Ba/Al的器件, 获得了稳定的蓝光发射, 其中以36PFT10为发光层的器件获得了0.52%的最大外量子效率.     

胺烷基侧链取代三苯胺类红光聚合物的合成及性能研究

通过Suzuki偶合反应合成了一系列胺烷基侧链取代的基于三苯胺和芴的共轭聚合物聚[4-(N,N-二甲基胺丙氧基)苯-4,4′-二苯胺-9,9-二辛基芴-4,7-二噻吩-2-基-2,1,3-苯并噻二唑](PFTD), 并对其化学结构和光电性能进行了表征. 末端胺基的存在提高了此类聚合物作为发光层应用于聚合物电致发光器件的性能(采用高功函数的金属铝作为阴极时). 结构为ITO/PVK/PFTD-5(DBT摩尔分数为5%时的聚合物)/Al的器件最大电致发射峰位于647 nm, 最大外量子效率达到了1.24%.     

9,9-二-(3-(9-苯咔唑基))-2,7-芘基芴的光电性质

芴类化合物作为有机电致发光材料近年来引起了人们的广泛关注, 其具有高亮度和高工作效率等性能. 本论文采用量子化学方法研究了一种新型的芴类发光材料, 9,9-二-(3-(9-苯咔唑基))-2,7-芘基芴的光电性质. 具体研究内容包括基态和激发态几何结构、前线分子轨道、能隙、电离能、电子亲和势、重组能以及吸收光谱和发射光谱等. 理论计算结果表明, 9,9-二-(3-(9-苯咔唑基))-2,7-芘基芴发射光谱为450.6 nm, 其在电致发光器件应用上是一种具有开发前景和实用价值的蓝光发光材料.     

N,N’-二苯基-N,N’-二(9,9-二甲基芴-2-基)-9-己基-(4,4’-二胺基苯基)咔唑的合成方法及表征

以2,7-二溴咔唑为原料经过N-烷基化、Suzuki偶联反应、Buchwald-Hartwig偶联反应合成了有机发光二极管(OLED)空穴传输材料N,N’-二苯基-N,N’-二(9,9-二甲基芴-2-基)-9-己基-(4,4’-二胺基苯基)咔唑,利用NMR、IR和熔点等分析方法对产物结构进行了表征,并通过TG、UV-Vis及荧光光谱研究了物质的热稳定性和光学性能。     

9,9-二辛基芴的电化学聚合

在三氟化硼乙醚(BFEE)中, 9,9-二辛基芴可以直接阳极氧化制备高质量聚(9,9-二辛基芴)膜, 其电导率为1×10^－2 S/cm. 9,9-二辛基芴在BFEE中的起始氧化电位为1.25 V vs. SCE, 低于单体在0.1 mol/L Bu₄NBF₄的乙腈溶液体系中的起始氧化电位(1.52 V vs. SCE). BFEE中获得的聚(9,9-二辛基芴)膜具有良好的电化学性质. 聚合物部分溶于氯仿、四氢呋喃、二甲基亚砜等极性溶剂. FTIR和¹H NMR表明聚合反应主要发生在2,7位. 荧光光谱表明聚合物是一种良好的蓝色荧光物质.     

氮硼为电子授受中心的D-π-A化合物的合成与上转换荧光

以二米基硼-B(Mes)2为电子受体,以芴基为共轭桥,分别以二苯胺和咔唑为电子给体,合成了两个新的D-π-A型化合物：2-(N,N-二苯胺基)-7-二米基硼基-9,9-二乙基芴[2-(N,N-diphenylamino)-7-dimesitylboryl-9,9-diethylfluorene,1]和2-N-咔唑基-7-二米基硼基-9,9-二乙基芴[2-carbazolyl-7-dimesitylboryl-9,9-diethylfluarene,2]。在脉宽为200 fs的飞秒激光激发下,它们在THF中发出强的蓝色上转换荧光(1：λmax=484nm;2：λmax=440nm)．用双光子荧光方法测得它们的双光子吸收截面分别为425GM(激发波长为800nm)和116GM(激发波长为730nm)．     

N,N’-二苯基-N,N’-二(9,9-二甲基芴-2-基)-9-己基-(4,4’-二氨基苯基)咔唑的合成

以2,7-二溴咔唑为原料经过N-烷基化、Suzuki偶联反应、Buchwald-Hartwig偶联反应合成了N,N’-二苯基-N,N’-二(9,9-二甲基芴-2-基)-9-己基-(4,4’-二氨基苯基)咔唑。利用NMR、IR和熔点等分析方法对产物结构进行了表征,并通过TG、UV-Vis及荧光光谱研究了化合物的热稳定性和光学性能。该化合物可用作有机发光二极管(OLED)的空穴传输材料。     

基于蓝黄磷光二元互补色的高效聚合物白光器件

研究了基于互补色的高效聚合物白光器件,双色材料包括蓝绿光材料双(4,6-二氟苯基吡啶-N,C2)吡啶甲酰合铱(Firpic)和黄光材料三[3-(2,6-二甲基苯氧基)-6-(2-噻吩基)-哒嗪]铱(Fs-1),器件结构为ITO/PEDOT(40 nm)/PVK:OXD-7:Firpic:Fs-1(80 nm)/Ba(4 nm)/Al(120 nm).当发光层材料PVK∶OXD-7∶Firpic∶Fs-1质量比为63∶27∶10∶0.25时,用溶液加工方法得到高效白光器件,此时CIE色坐标为(0.30,0.39),最大电流效率为10.8 cd.A-1,亮度可达到4200 cd.m-2.在此基础上,引入水溶性电子注入材料聚[9,9-二(3′-N,N-二甲基胺基丙基-2,7-芴-2,7-交-(9,9-二辛基芴)](PFN)修饰阴极界面,使载流子注入和传输更平衡,当阴极为PFN(20 nm)/Al(120 nm)时,电流效率获得显著改善,达到13.1 cd.A-1,此时电流密度为4.9 mA.cm-2,亮度可达到6096 cd.m-2,白光器件的色坐标为(0.33,0.39),同时发光光谱稳定.另外通过电致发光(EL)、光致发光(PL)光谱及能级结构图分析了载流子俘获和能量转移在发光中的作用.     

一种基于2,7-咔唑-芴交替共轭聚合物的荧光开启型汞离子光学探针

通过Suzuki偶合反应合成出一种主链中含2,7-取代咔唑的蓝光发射共轭聚合物,聚[2,7-(9,9-二辛基芴)-co-2,7-N-十二烷基咔唑](PF27Cz).随着I-(NaI水溶液)的加入,I-的重原子效应使PF27Cz溶液(THF)的荧光逐渐淬灭,其溶液的外观颜色由无色变为浅黄色.通过在相同条件下的对比实验可知其他阴离子的引入并未使PF27Cz的光学性质产生类似的变化.利用Hg2+与I-之间的高结合常数与络合配比,Hg2+的加入使PF27Cz-I-络合物的荧光逐渐回复,其外观颜色也由浅黄色回复至无色.通过对PF27Cz-I-在递增浓度Hg2+存在下的荧光发射性质进行分析可知其对Hg2+的检出限达约为1.6×10-8mol/L.通过对比实验可知背景金属阳离子的存在对Hg2+的光学响应并无明显的干扰.实验结果表明PF27Cz是一类具有较高灵敏度和抗干扰性的turn-on型Hg2+光学探针材料.     

主链含有非共轭结构的聚芴类蓝光聚合物的合成与性能研究

通过Suzuki偶合反应合成出了主链中含有非共轭烷氧基组分(-O-CH2-CH2-CH2-CH2-O-)的聚芴类衍生物聚- 2,7-(9,9-二辛基芴)-co-4,4’-丁氧基二苯(PFP)和聚-2,7-(9,9-二辛基芴)-co-4,4’-丁氧基二苯-co-N-苯基-4,4’-二苯胺(PFTP11)并通过相同的条件合成出主链由芴和三苯胺交替相连的聚合物聚-2,7-(9,9-二辛基芴)-co-N-苯基-4,4’-二苯胺(PFTPA)作为参比材料. 通过1H NMR和FT-IR分析对这些聚合物的化学结构进行了表征. 这三种聚合物在常用的有机溶剂中具有很好的溶解性, 可通过溶液加工的方式制备聚合物薄膜. 这些聚合物均具有较高的热分解温度(＞400 ℃), 聚合物PFP具有较高的玻璃化转变温度(～130 ℃)而PFTP11和PFTPA则未出现明显的玻璃化转变过程. 通过对聚合物的吸收特性进行测试得知它们具有较大的光学带宽(2.89～3.29 eV). 所有聚合物在固体薄膜状态下均发射出蓝色荧光, PFP, PFTP11和PFTPA的最大PL发射分别位于425, 437和440 nm. 通过对其电化学性能进行测试可知由于三苯胺基团的引入聚合物的HOMO能级明显提高, 这意味着聚合物的空穴传输能力得到了有效的改善.     

新型双氨类发光材料的合成与性能研究

以3-溴-9,9-二甲基芴为原料,通过Buchwald-Hartwig偶联反应合成了一种新化合物N,N′-二(联苯-4-基)-N,N′-二(9,9-二甲基芴-3-基)-9-苯基咔唑-2,7-二胺(2),其结构和性能经FL, UV-Vis, ¹H NMR, GC-MS(EI),元素分析和TG-DSC表征。结果表明：2具有较好的热稳定性和较高的玻璃化温度,失重5%的温度为452 ℃,玻璃化温度为176 ℃;在425 nm波长激发下,2在445 nm处发出较强荧光(蓝光)。     

新型咔唑取代齐聚芴的合成及其性能

碘代芴中间体在碱性条件下与咔唑发生偶联反应,合成了两种新型的有机小分子发光材料2-咔唑-9,9-二丁基芴(CZF)与2,7-二咔唑-9,9-二丁基芴(DCZF),其结构经¹H NMR, ¹³C NMR和MS表征。采用FL, UV-Vis和TGA研究了CZF和DCZF的性能。结果表明：CZF和DCZF溶液与固体的荧光发射峰分别位于360 nm, 368 nm和370 nm, 389 nm, DCZF在390 nm和410 nm处存在两个较宽肩峰。CZF和DCZF的热稳定性较好,热分解温度分别为350 ℃和420 ℃。     

可光固化单体2,7-二溴-9,9-双[4’-(3″-乙基-3″-氧杂环丁烷甲氧基己基氧基)苯基]芴的合成

以芴为原料,经溴代和氧化反应制得2,7-二溴芴酮(3);3与苯酚反应合成2,7-二溴-9,9-双(4’-羟基苯基)芴(4);4与3-(6’-溴己氧基甲基)-3-乙基氧杂环丁烷经醚化反应合成了可光固化单体2,7-二溴-9,9-双[4’-(3″-乙基-3″-氧杂环丁烷甲氧基己基氧基)苯基]芴,总收率67%,其结构经1H NMR,13C NMR和元素分析表征。     

芴衍生物的合成、结构与蓝色(λmax=418nm)双光子荧光

分别以二苯胺和咔唑为端基,以芴为共轭桥, 合成了两个对称型芴衍生物:2,7-二-(N,N-二苯胺基)-9,9-二乙基芴[2,7-bis(N,N-diphenylamino)-9,9-diethyl-fluorene,简称DPDEF]和2,7-二咔唑基-9,9-二乙基芴(2,7-dicarbazol-9'-yl-9,9-diethyl-fluorene,简称DCDEF).用四圆X射线衍射方法测定了其晶体结构.DPDEF单晶属于单斜晶系,C2/c空间群.晶胞参数:a=2.8649(4) nm, b=0.85111(9) nm, c=2.7012(4) nm, β=100.982(11)º, V=6.4657(14) nm³, Z=8, D_c=1.144 g·cm^-3, R=0.0581. DCDEF单晶属于单斜晶系,P2₁/c空间群.晶胞参数:a=0.92794(12) nm, b=0.88561(9) nm, c=3.7236(4) nm, β=96.914(9)º, V=3.0378(6) nm³, Z=4, D_c=1.208 g*cm^-3, R=0.0652.晶体中DPDEF和DCDEF的芴桥具有很好的平面性,构成芴桥的两个苯环平面之间的夹角分别仅为3.0º和5.8º.在波长为730 nm的飞秒脉冲激光激发下,化合物DPDEF在THF中发出强的蓝色双光子上转换荧光(λ_max=418 nm),测得双光子吸收截面为15 GM.     

侧链含有不同电子受体的聚咔唑衍生物的合成及其WORM型存储性能

利用Suzuki偶联反应合成了3种侧链含有不同电子受体的可溶性D-A型聚咔唑衍生物:聚[(9-(2-己基葵基)-9 H-咔唑)-(9-(4-硝基苯基)-9 H-咔唑)](PCz-NO_2)、聚[(9-(2-己基葵基)-9 H-咔唑)-(4-(9 H-咔唑-9-基)苯甲醛)](PCz-CHO)和聚[(9-(2-己基葵基)-9 H-咔唑)-(4-(9 H-咔唑-9-基)苯甲腈)](PCz-CN)。基于这3种聚合物的存储器件(器件结构:Al(200nm)/高分子(90nm)/氧化铟锡(ITO)均表现出典型的电双稳电子开关效应和非易失性一次写入多次读出(WORM)型存储性能。随着共轭聚合物光学带隙的增加[2.26eV(PCz-NO_2)→2.79eV(PCzCHO)→3.20eV(PCz-CN)],相应器件的启动阈值电压逐渐增大(-1.70V→-1.81V→-1.89V);而电流开关比(ON/OFF)则依次减小(6.63×10~4→4.08×10~4→5.68×10~3)。含氰基的聚咔唑衍生物需要的开启电压最大,展现出来的电流开关比在3种聚合物中则最小。     

水溶性磷酸盐功能化的聚芴作为细胞色素c的荧光生物传感器

通过Suzuki偶联反应,在水／DMF体系下制备了一种阴离子水溶性聚芴衍生物——聚[2,7-二溴-9,9-二（6-磷酸基己基）芴-alt-苯基]钠盐（PFHPNa）．聚合物PFHPNa具有良好的水溶性和强的蓝色荧光发射．通过比较不同淬灭剂对PFHPNa和已报道的具有不同侧链长度的聚[2,7-二溴-9,9-二（6-磷酸基己基）芴-alt-苯基]钠盐（PR,PNa）的淬灭效率,研究了侧链长度对荧光传感性能的影响．对于小分子淬灭剂（甲基紫精（MV^2＋）和间5,10,15,20-四（N-甲基-4-吡啶基）卟吩（TMPyP4））而言,聚合物PFHPNa由于较长的侧链长度而表现出较低的灵敏度．     

侧链含金属铱配合物的电磷光白光聚合物

设计了一系列新型芴-咔唑电磷光共轭聚合物.通过共价键将双(2-(9,9-二乙基-9H-芴-2-基)吡啶-N,C2’)合铱(III)(Ir Fpy)接枝到3,6-二溴咔唑的N-烷基侧链,采用Suzuki缩聚反应合成了铱配合物(Ir Fpy)含量分别为0.25 mol%,0.5 mol%和1 mol%的聚合物PF-Ir Fpy.当引入的配合物Ir Fpy含量为1 mol%时,得到的共轭聚合物发射色坐标为(0.44,0.56)的黄光.随着接枝的铱配合物Ir Fpy在共轭聚合物中含量降低,作为主体的聚(9,9-二辛基芴)蓝光发射不能被完全淬灭,得到共聚物同时发射主体蓝光及客体铱配合物黄光的单分子白光共轭聚合物.共聚物发光器件结构为ITO/PEDOT:PSS(50 nm)/polymer+PBD(30 wt%)(80nm)/Ba(4 nm)/Al(150 nm)[氧化铟锡/苯磺酸掺杂聚乙烯基二氧噻吩/聚合物+(2,4-二苯-5-4-叔丁基苯-1,3,4-噁二唑)(w=30%)/钡/铝],基于共聚物PF-Ir Fpy025的器件流明效率为3.97 cd/A,色坐标为(0.34,0.34),非常接近于标准白光发射的色坐标(0.33,0.33).为了研究采用共聚物PF-Ir Fpy025和PF-Ir Fpy05制备的白光器件的光谱稳定性,测试了外加电压在8~13 V范围内的EL光谱,当外加电压从8 V升高到13 V时,两个EL器件都表现出了良好的EL光谱稳定性.研究结果表明,在共轭聚合物侧链上引入螯合金属铱配合物单元是实现高效、稳定的白光电致磷光器件的有效方法之一.