有机发光材料物质结构与性能关系
化学发光原理及有机发光材料的研究
化学发光原理及有机发光材料的研究化学发光作为一项重要的科学技术，在人类的生活中扮演着重要角色。
通过研究化学发光原理和不断发展有机发光材料，人们可以实现更高效、更环保的照明和显示技术。
本文将探讨化学发光的原理以及有机发光材料的研究进展。
首先，让我们来了解化学发光的基本原理。
化学发光最常见的原理是荧光和磷光。
荧光指的是物质在吸收能量后，立即发光并迅速衰减。
磷光则是指物质在吸收能量后，先是存储能量，然后以较慢的速度发出光，并且持续时间较长。
这两种发光机制都是基于分子电子能级结构的变化。
荧光现象的发生是由于分子吸收光子的能量，使电子从基态跃迁到激发态，而后又迅速回到基态。
在这个过程中，分子的激发态对应的电子能级比基态的电子能级要高。
当电子返回到基态时，多余的能量以光子的形式释放出来，就产生了发光现象。
而有机发光材料是目前研究的热点之一。
与传统的无机发光材料相比，有机发光材料具有可调控性高、加工性能好、柔性强等优点。
近年来，人们在有机发光材料的研究中取得了显著的进展。
例如，有机发光二极管（OLED）已经成为显示技术和照明领域的重要应用，取代了传统的液晶显示器和白炽灯。
有机发光材料的研究旨在寻找更高效、更稳定的发光材料。
早期的有机发光材料主要是基于芳香碳环结构的有机化合物，如芳香胺和芳香酮。
这些化合物在激发态下具有较长的寿命，但其发光效率较低，易受环境因素影响。
近年来，人们在有机发光材料的设计和合成方面取得了许多突破。
一种常用的策略是通过引入共轭结构来提高发光效率。
共轭结构能够增加电子在分子中的迁移性，从而提高光致发光效率。
此外，通过在共轭结构中引入功能基团，可以调节有机发光材料的发光颜色和波长。
除了共轭结构，人们还研究了其他一些提高有机发光材料性能的方法。
例如，掺杂有机分子到聚合物基质中，形成有机/无机复合材料，可以增加发光效率和稳定性。
此外，人们还开展了对金属配合物的研究，发现一些过渡金属配合物具有良好的发光性能。
有机发光材料
有机发光材料
有机发光材料是一种具有发光特性的材料，它可以在不需要外部电源的情况下
发出光线。
有机发光材料具有许多优良的特性，比如发光效率高、色彩丰富、柔性可塑性强等，因此在显示、照明、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
首先，有机发光材料具有高发光效率。
相比于传统的无机发光材料，有机发光
材料在能量转换上更加高效，能够将电能转化为光能的效率更高，这使得其在显示和照明领域有着巨大的优势。
高发光效率也意味着在同样的能量输入下，有机发光材料能够提供更亮的光线，这对于提升显示屏和照明灯具的亮度至关重要。
其次，有机发光材料的色彩丰富。
有机发光材料可以通过调整分子结构和化学
成分来实现不同颜色的发光，从暖白到冷白，再到红、绿、蓝等各种颜色都可以被实现。
这使得有机发光材料在显示领域有着广泛的应用，比如手机屏幕、电视屏幕、平板电脑等，都可以通过有机发光材料呈现出鲜艳生动的色彩。
另外，有机发光材料具有柔性可塑性强的特点。
由于有机发光材料通常是以聚
合物为基础的，因此它具有很好的柔韧性，可以制成柔性显示屏、柔性照明灯具等产品。
这种柔性可塑性使得有机发光材料在可穿戴设备、车载显示屏等领域有着广阔的应用前景。
总的来说，有机发光材料以其高发光效率、色彩丰富、柔性可塑性强等优良特性，已经成为显示、照明、生物医学等领域的研究热点，并且在商业化应用上也取得了一定的进展。
随着科技的不断进步和创新，相信有机发光材料将会在未来发展出更多更广泛的应用，为人类的生活带来更多的便利和美好。
神奇的发光物质荧光材料的原理与应用
神奇的发光物质荧光材料的原理与应用荧光材料作为一种神奇的发光物质，具有广泛的应用领域，如显示技术、荧光标记、生物医学诊断等。
本文将介绍荧光材料的原理以及一些具体的应用案例。
一、荧光材料的原理荧光材料是一种可以吸收光能转化为发光能量的物质。
其发光原理主要涉及到两个基本概念：激发态和基态。
当荧光材料处于基态时，电子处于最低能级。
而当吸收能量后，电子会从基态跃迁到激发态，此时电子处于高能级。
然后，电子在激发态上会停留一段时间后，再由激发态回到基态，释放出一定能量的光子而发光。
荧光材料的发光原理与分子内部的电子结构有关。
它们通常由有机分子或无机晶体构成。
在有机荧光材料中，分子通常由苯环等π-电子系统组成。
这些π-电子可以吸收特定波长的光并进行能级跃迁，从而导致发光。
二、荧光材料的应用案例1. 显示技术荧光材料在显示技术中有着重要的应用。
例如，液晶显示器中的背光单元就利用了荧光材料的发光特性。
通过将荧光材料与荧光粉结合，将其注入背光单元中，通过激活荧光材料来提供背光。
这种技术使得我们能够在暗环境下清晰地看到显示器上的图像。
2. 荧光标记荧光材料还可以被用作荧光标记，在生物学和医学领域有着广泛的应用。
通过在荧光材料表面修饰特定的生物分子（如抗体、DNA探针等），可以实现对生物分子的可视化检测和分析。
举例来说，科学家们可以利用荧光染料标记细胞或组织中的蛋白质，然后使用显微镜观察荧光信号，从而研究生命科学中的相关问题。
3. 光催化材料荧光材料还可以应用于光催化领域。
光催化材料能够在可见光或紫外光的照射下，利用其荧光发光特性来产生活性氧自由基等具有氧化还原能力的物质，从而进行光催化反应。
这种光催化材料被广泛应用于环境净化、水处理和能源转换等领域。
4. 发光材料当然，荧光材料最基本的应用就是作为发光材料。
荧光粉、荧光漆等广泛应用于照明、安全标识、夜光等方面。
这些荧光材料在光照或激发后能够长时间发光，使得其在黑暗环境下提供可见光。
OLED器件中发光材料的设计与性能研究
OLED器件中发光材料的设计与性能研究OLED器件被广泛应用于各种显示屏幕，如智能手机、电视、电子书和汽车显示器等。
它的优点是高分辨率、高对比度、低功耗、超薄和柔性。
其中关键的组成部分是发光材料（EML，emissive layer），其作用是将电子激发成光子，并将光子向外发射。
因此，发光材料的设计和性能至关重要。
本文将探讨OLED器件中发光材料的设计和性能研究。
一、研究现状目前，常见的OLED器件使用的发光材料是有机分子材料，其优点是易于加工、低成本和易于控制光谱特性。
但是，有机分子材料也存在一些缺点，如寿命短、色纯度低和光效低等。
为了克服这些问题，近年来，研究人员开始使用无机发光材料，如量子点和磷光材料，以提高OLED器件的性能。
二、有机发光材料的性能研究有机发光材料是OLED器件中最常用的发光材料。
其结构可以分为单层和多层结构。
单层结构指的是将发光材料直接放置在电子传输材料（ETL，electron transport layer）和空穴传输材料（HTL，hole transport layer）之间。
多层结构指的是将多个有机分子层叠在一起，以提高光致发光率（PLQY，photoluminescence quantum yield）和稳定性。
研究发现，有机发光材料的性能与其分子结构有关。
例如，物种对称性、电荷转移性和共轭长度等结构因素会影响荧光量子效应和外部量子效应（EQE，external quantum efficiency）。
此外，有机分子材料的激子（代表电激发的激发态）扩散率也是一个重要参数。
如果激子能够快速扩散到接近结合态的位置并在短时间内发生复合，荧光效率就会高。
在有机发光材料的设计和合成方面，研究人员已经开创了许多新的方法。
例如，他们使用交联聚合物或功能材料对单层或多层结构进行修饰，以改善器件的性能。
此外，他们还尝试将小分子与聚合物和半导体材料组合使用，以提高OLED器件的稳定性和性能。
有机荧光材料研究进展
、 生理学、 环境科学、 信息科学方面都有
［%， A］
广阔的应用前景
。在导弹预警上， 采用有机荧
光材 料 涂 层 的 B2 C DDE（ B2 C D:=6>1 C D/5041F 探测器不仅具有全方位、 全天候的预警作 E1G<817） 用， 并且具有易于制作大面积的图像传感器的特 点。同时具有材料改良容易， 制作工艺简单， 成本 低廉等优点而引起了人们的极大关注 。目前有 机荧光材料的研究异常活跃， 集中表现在 “材料— 工艺—器件—集成” 的协同发展。
我们曾经设计合成了一系列新型铕金属配合物电致红光材料研究了其结构与电致发光性能的关系48其中四元铕金属单核配合物31的电致发光亮度达16cd是相应三元铕金属配合物32电致发光器件亮度的22结束语随着人们对荧光化合物电子光谱及光物理行为的深入研究特别是对荧光化合物的分子结构及周围环境给化合物光谱行为和发光强度所带来的影响及对其规律的认识使人们在利用荧光化合物作为染料电致发光材料光电导材料能量转换材料及探针等方面都有巨大的进展但对于荧光化合物的荧光猝灭能量转换电子转移以及激发单体与激基缔合物间的发光平衡和聚集体系的发光等机理尚有待更进一步的研究尤其对于多元化的体系尚存在着许多值得深入探索的问参考文献
［%+］ 穴传输材料等领域 。1% 还可以作为一个信息 ［%.］ 传递的机制性部件 。它是一种强荧光物质， 其
中 1， 构成分子内 % 位苯基与中心吡唑啉基共轭， 共轭的电荷转移体系， 其中 1 位 F 为电子给体， 而 处于 . 位的苯甲酸盐与上 % 位 ; 则为电子受体， 述共轭体系相互隔离， 彼此间只能通过非共轭的 F— ; 单键而发生经过键的电子转移。当 1% 处于 酸性条件下， . 位的苯甲酸盐变为具有拉电子能 力的苯甲酸基， 此时经激发后的 1 位 F 处的电子 可经过 F— ; 单键与苯甲酸间发生电子转移而使 相反， 如处于碱性条件下， 则.位 1% 的荧光猝灭； 苯甲酸 盐 成 为 推 电 子 基 而 使 1% 的 荧 光 大 大 增 强。 吡唑啉衍生物还可作为有机电致发光材料。 我们曾经设计合成了三种吡唑啉衍生物 （ 1+， 1.， ， 通过选择适当的取代基调整分子的共轭度及 1&） 吸、 供电性和空间结构， 使发光波长位于蓝光区
发光的功能化MOF材料
发光的功能化MOF材料1.简介金属-有机框架〔MOFs〕是近二十年来被学术界广泛关注的一种多孔材料［1-3］，这种材料是利用有机配体与金属离子间的金属-配体配位作用而自组装形成的超分子网络结构。
在MOFs 发展的早期，美国加州大学伯克利分校的O. M. Yaghi 教授、日本京都大学的S. Kitagawa 教授和美国北卡大学教堂山分校的Wenbin Lin 教授等分别对其做了更为详细的定义[4-6]，通过归纳总结具体定义如下：MOFs 作为一类稳定的、可设计的、晶态的类沸石材料需具备以下条件：〔1〕通过配位键形成稳定结构；〔2〕通过设计变换有机配体〔linker〕和金属次级构筑单元〔SBU〕类型可以调控材料的空间结构；〔3〕具有良好的结晶性因而可精确定义其配位结构及空间构型。
顾名思义，微孔金属-有机框架〔MOFs〕指框架中具有一定的被游离溶剂分子填充的孔道〔孔径在 2 nm 以内〕并能通过后续处理方法将孔道中客体分子除去而不影响框架结构的多孔材料。
MOF材料由于具有网状结构、均一孔道、孔径可调且具有巨大比外表积，以及独特的光、电、磁等性质引起了研究者的广泛关注。
与传统发光材料相比，MOF发光材料具有不可比拟的优势，这些优势主要表达在它的组成、合成和性质上。
(1)组成方面传统的发光材料，组成成分或者是有机化合物或者是无机化合物,所以其发光形式单一。
而金属有机骨架是由金属离子与有机配体配位构筑而成的材料，兼具了有机材料与无机材料两种性能，从而增加了发光形式的多样性。
同时易于引入功能化的组成成分，可以将发光性质、磁学特性、电学特性、催化特性等各种功能都整合到同一个MOFs材料中来实现MOFs结构的多功能设计，从而拓宽其应用范围。
(2)合成方面无机发光材料在生产上采用的方法仍能是高温固相法。
这种方法需要很高的锻烧温度，甚至高达几千摄氏度，并且保温时间比较长(24小时以上)，对设备要求高，并且粒径分布也不均匀，需要粉碎减少粒径。
溶剂效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响
溶剂效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响胡波;徐宝;苏斌;姚婵;赵丽格【摘要】有机电致发光材料是现阶段研究热点之一.本文采用量子化学方法研究了溶剂效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响.结果表明,考虑溶剂效应后,电子性质和光谱性质的变化趋势与气相时的变化趋势基本相同.受体部位由2,1,3-苯并噻二唑变为萘环后,导致最低空轨道的能量(ELUMO)明显升高,能隙(Eg)明显增大,最大吸收波长(λabs)和最大发射波长(λem)发生明显的蓝移,发光强度明显增大.在萘环衍生物基础上,进行N原子取代后,ELUMO明显降低,Eg明显减小,λabs和λem发生明显的红移.与气相结果相比,除了4个N原子取代分子的λabs发生蓝移外,其余分子的λabs/λem都发生了不同程度的红移;所有分子的吸收光谱和发射光谱的强度发生了一定程度的增大.通过受体结构修饰后,在溶剂影响下,得到了新的紫色、黄色和红色发光材料,为实验工作提供了可靠的理论指导.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P19-23)【关键词】溶剂效应;2,1,3-苯并噻二唑;萘;光电性质【作者】胡波;徐宝;苏斌;姚婵;赵丽格【作者单位】吉林师范大学化学学院,吉林四平136000;吉林师范大学数学学院,吉林四平136000;吉林师范大学环境科学与工程学院,吉林四平136000;吉林师范大学化学学院,吉林四平136000;吉林师范大学化学学院,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】O640有机电致发光材料应用范围广泛，已经成为现阶段研究热点之一．量子化学方法作为材料科学中不可或缺的一种重要研究手段，通过研究有机电致发光材料的结构与性能间的关系，可以从理论上评价分子的结构与性能，为新型有机电致发光材料的设计提供理论依据[1-5]．在前期工作[6-11]中已经知道，对给体-π桥-受体-π桥-给体(D-π-A-π-D)型分子中给体或受体结构进行修饰后，母体分子的光电性质会得到调节，从而得到新的发光材料．因此，在前期工作基础上，本文主要研究溶剂(二氯甲烷)效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响．在前期工作基础上[6-11]，本文主要研究溶剂效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响．文中研究分子的结构示于图1中．采用ab initio Hartree-Fock(HF)[12]方法进行基态(S0)分子结构优化．在已优化的S0结构基础上，S0的电子性质采用密度泛函理论 (DFT)[13]PBE0[14]方法计算．采用单组态相互作用(CIS)[15]方法进行激发态(S1)分子结构优化．在已优化的S0和S1的结构基础上，吸收和发射光谱运用含时DFT[16](TD-DFT) PBE0方法分别计算．计算中使用的基组是6-31G(d)[17]．采用自洽反应场 (SCRF) 方法中的极化连续模型(PCM)[18]计算了考虑溶剂相(二氯甲烷)时分子的电子性质、吸收和发射光谱．计算均采用Gaussian03W[19]中的程序进行．为了更好地分析计算数据，在表1中同时列出了研究分子的溶剂相和气相两种情况的基态和激发态的最高占据轨道能量 (EHOMO),最低空轨道能量(ELUMO) 以及能隙(Eg)．图2中给出了溶剂相HOMO和LUMO的能级图．从图2和表1中可以看出，考虑溶剂效应后，基态和激发态时EHOMO、ELUMO 和Eg的变化趋势与气相时的变化趋势基本相同．基态时，与母体分子OMC相比(-5.19 eV,-2.05 eV，3.14 eV)，受体部分由2,1,3-苯并噻二唑(BTD)变成萘环后，BMC的EHOMO少量降低(-5.23 eV)，ELUMO明显升高(-0.96 eV)，导致Eg明显增大(4.27 eV)．激发态时，与OMC相比(-4.84 eV,-2.42 eV，2.42 eV)，BMC的EHOMO少量降低(-4.85 eV)，ELUMO明显升高(-1.58 eV)，Eg明显增大(3.27 eV)．在BMC基础上进行两个N原子取代．基态时，与BMC相比，BMC-2N的EHOMO少量升高(-5.19 eV)，ELUMO明显降低(-1.71 eV)，导致Eg明显减小(3.48 eV)．激发态时，与BMC相比，BMC—2N的EHOMO少量降低(-4.87 eV)，ELUMO明显降低(-2.12 eV)，Eg明显减小(2.75 eV)．在BMC基础上进行四个N原子取代．基态时，与BMC相比，BMC—4N的EHOMO少量降低(-5.26 eV)，ELUMO明显降低(-2.29 eV)，导致Eg明显减小(2.97 eV)．激发态时，与BMC相比，BMC—4N的EHOMO少量降低(-4.99 eV)，ELUMO明显降低(-2.67 eV)，Eg明显减小(2.32 eV)．显然，与BMC相比，N取代数越多，EHOMO和ELUMO降低的程度越大，Eg越小．与气相相比较，考虑溶剂相后，EHOMO和ELUMO少量降低，Eg变化不大．体系的光电性质与前线分子轨道电子密度分布密切相关．OMC、BMC、BMC-2N 和BMC-4N的溶剂相和气相的基态和激发态HOMO和LUMO电子密度分布图示于图3中．考虑溶剂效应后，在基态，如图3a所示，OMC、BMC、BMC—2N和BMC—4N的LUMO、HOMO具有相似的电子密度分布．LUMO中，电子密度大部分分布在受体部位上，分别为BTD环、萘环、萘的氮取代衍生物；HOMO中，电子密度主要分布在三芳胺(TPA)上．在激发态，如图3b所示，OMC、BMC、BMC—2N和BMC—4N的LUMO中，和基态相同，电子密度大部分分布在受体部位上，分别为BTD环、萘环、萘的氮取代衍生物．但是激发态的HOMO中，电子密度分布与基态不同，电子密度主要分布在BTD/萘/萘的氮取代衍生物的苯环和TPA的π-桥苯环上．产生这种现象的原因是激发态与基态结构的不同．从基态到激发态，分子结构中，BTD/萘/萘的氮取代衍生物的苯环和TPA的π-桥苯环之间的二面角明显减小，增加了BTD/萘/萘的氮取代衍生物与TPA之间的共轭程度，从而使激发态HOMO中的电子密度分布与基态不同．由图3a、3b和3c、3d的比较可以看出，考虑溶剂效应后，HOMO和LUMO电子密度分布与气相情况相似，没有发生明显的变化，说明溶剂对HOMO和LUMO电子密度分布的影响极小．为了更好地分析计算数据，在表2中同时列出了研究分子OMC、BMC、BMC—2N和BMC—4N的溶剂相和气相两种情况的的垂直激发能(Ev)，最大吸收/发射波长(λabs/λem)，以及振子强度(f)．为了更清楚地了解吸收和发射光谱的变化情况，图4中给出了吸收和发射光谱图．表2显示，考虑溶剂效应后，与OMC相比(483.1 nm，651.4 nm)，BMC的λabs和λem发生明显的蓝移(340.3 nm，461.1 nm)，蓝移的程度为142.8 nm 和190.3 nm．吸收和发射光谱发生蓝移与Eg的明显增大相对应，可以把λabs/λem的变化归因于Eg的变化，因为吸收/发射过程中对应的电子跃迁主要是HOMO→LUMO/LUMO→HOMO．在BMC基础上，进行N原子取代后，BMC—2N的λabs和λem为426.9和568.0 nm，BMC—4N的λabs和λem为513.4 和684.5 nm．显然，与BMC 相比，BMC—2N和BMC—4N的λabs和λem发生明显的红移，红移的程度分别为86.6、106.9 nm和173.1、223.4 nm，明显看出，N取代数越多，λabs和λem红移的程度越大．N原子取代后，吸收和发射光谱发生红移与Eg的明显减小相对应，也可以把λabs/λem的变化归因于Eg的变化，因为吸收/发射过程中对应的电子跃迁主要是HOMO→LUMO/LUMO→HOMO．由振子强度的比较可以看出，与OMC相比(0.47，0.90)，BMC的吸收和发射光谱的强度明显增大(0.70，1.48)，说明受体由BTD环变为萘环后，有利于光谱发光强度的增大．因为BMC、BMC—2N和BMC—4N 的λem分别处于紫色、黄色和红色光谱范围，说明通过结构修饰后，得到了新的发光材料．从HOMO和LUMO的电子密度分布可以确定吸收/发射跃迁具有电荷转移特征(见图3a和3b)．溶剂相与气相结果相比，除了BMC—4N的λabs发生蓝移(蓝移的程度为7.3 nm)外，其余分子的λabs/λem都发生了不同程度的红移(红移的程度为1.1～34.3 nm)．从振子强度可以看出，在溶剂相中，吸收光谱和发射光谱的强度都发生了一定程度的增大．采用量子化学方法研究了溶剂效应对D-π-A-π-D型萘基衍生物光电性质的影响．结果表明，考虑溶剂效应后，电子性质和光谱性质的变化趋势与气相时的变化趋势基本相同．受体部位由BTD环变为萘环后，导致ELUMO明显升高，Eg明显增大，λabs和λem发生明显的蓝移，发光强度明显增大；在萘环衍生物基础上进行N原子取代后，ELUMO明显降低，Eg明显减小，λabs和λem发生明显的红移．与气相结果相比，除了BMC—4N的λabs发生蓝移外，其余分子的λabs/λem都发生了不同程度的红移；所有分子的吸收光谱和发射光谱的强度都发生了一定程度的增大．通过受体结构修饰后，得到了新的紫色、黄色和红色发光材料，为实验工作提供了可靠的理论指导．【相关文献】[1]Han D,Zhang G,Li T,Li H G,Cai H X,Zhang X H,Zhao L H.Theoretical study on the electronic structures and phosphorescence properties of five osmium(II) complexes with different P^P ancillary ligands[J].Chemical Physics Letters,2013,573:29～34.[2]Han D,Li C Y,Zhang L H,Sun X P,Zhang G.Theoretical investigation on the electronic structures and phosphorescent properties of seven iridium(III) complexes with the different substituted 2-phenylpyridinato ancillary ligand[J].Chemical PhysicsLetters,2014,595-596:260～265.[3]Zhu Y L,Ma K R,Yin Q F,Zhong X D,Cao L.A new D-A derivative with a 1,3-dithiol-2-ylidene unit:Structural,spectroscopic and theoretical studies[J].Polyhedron,2013,63:36～40.[4]Sun F Y,Jin R F.Optical and charge transport properties of N-butyl-1,8-naphthalimide derivatives as organic light-emitting materials:A theoretical study[J].Journal of Luminescence,2014,149:125～132.[5]Saranya G,Navamani K,Senthilkumar K.A theoretical study on optical and charge transport properties of anthra-[1,2-b:4,3-b′:5,6-b″:8,7-b‴]tetrathiophenemolecules[J].Chemical Physics,2014,433:48～59.[6]胡波,董明明.给、吸电子取代基对2,1,3-苯并噻二唑衍生物的电子、光谱、电荷传输性质以及稳定性影响的理论研究[J].吉林师范大学学报(自然科学版) 2011,32(3):24～27.[7]胡波,刘腊梅，张浩.“CH”/N取代对BTD衍生物光电性质影响的理论研究[J].分子科学学报2012,28:79～83.[8]胡波,齐晓影.基于2,1,3-苯并噻二唑衍生物的有机发光材料的设计与性质的理论研究[J].化学研究与应用 2012,24:168～174.[9]胡波,周凌云,靳瑞发.F原子取代对喹喔啉 (quinoxaline) 衍生物光电性质影响的理论研究[J].吉林师范大学学报(自然科学版) 2012,33(2):12～14.[10]胡波,王悦.环戊二噻吩中的硫原子被CH2、SiH2取代对化合物光电性质影响的理论研究[J].化学通报 2012,75:63～68.[11]Hu B,Yao C,Wang Q W,Zhang H,Yu J K.Electronic,optical and charge transport properties of D-π-A-π-D type naphthalene-based derivatives[J].Acta Phys.-Chim.Sin.,2012,28:1651～1657.[12](a) Roothaan C C J.New developments in molecular orbitaltheory[J].Rev.Mod.Phys.,1951,23:69-89.(b) Pople J A,Nesbet R K.Self-consistent orbitals for radicals[J].J.Chem.Phys.,1954,22:571-578.(c) McWeeny R,Diercksen G.Self-consistent perturbation theory.II.Extension to open shells[J].J.Chem.Phys.,1968,49:4852～4856. [13]Parr R G,Yang W.Density functional theory of atoms and molecules[M].Oxford University.Press:Oxford,1989.[14](a) Ernzerhof M,Scuseria G E.Assessment of the Perdew-Burke-Ernzerhof exchange- correlation functional[J].J.Chem.Phys.,1999,110:5029-5036.(b) Adamo C,Barone V.Toward reliable density functional methods without adjustable parameters:the PBE0model[J].J.Chem.Phys.,1999,110:6158～6170.[15]Foresman J B,Head-Gordon M,Pople J A,et al.Toward a systematic molecular orbital theory for excited states[J].J.Phys.Chem.,1992,96:135～149.[16](a) Stratmann R E,Scuseria G E,Frisch M J.An efficient implementation of time-dependent density- functional theory for the calculation of excitation energies of large molecules[J].J.Chem.Phys.,1998,109:8218-8224.(b) Bauernschmitt R,Ahlrichs R.Treatment of electronic excitations within the adiabatic approximation of time dependent density functional theory[J].Chem.Phys.Lett.,1996,256:454-464.(c) Casida M E,Jamorski C,Casida K C,et al.Molecular excitation energies to high-lying bound states from time-dependent density-functional response theory:Characterization and correction of the time- dependent local density approximation ionizationthreshold[J].J.Chem.Phys.,1998,108:4439～4449.[17](a) Hariharan P C,Pople J A.Accuracy of ah equilibrium geometries by single determinant molecular-orbital theory[J].Mol.Phys.,1974,27:209-214.(b) Gordon M S.The isomers of silacyclopropane[J].Chem.Phys.Lett.,1980,76:163-168.(c) Frisch M J,Pople J A,Binkley J S.Self-consistent molecular orbital methods 25.Supplementary functions for Gaussian basis sets[J].J.Chem.Phys.,1984,80:3265～3269.[18](a) Miertuš S,Scrocco E,Tomasi J.Electrostatic interaction of a solute with a continuum.A direct utilizaion of AB initio molecular potentials for the prevision of solvent effects[J].Chem.Phys.,1981,55:117-129.(b) Miertuš S,Tomasi J.Approximate evaluations of the electrostatic free energy and internal energy changes in solutionprocesses[J].Chem.Phys.,1982,65:239-245.(c) Cossi M,Barone V,Cammi R,et al.Ab initio study of solvated molecules:a new implementation of the polarizable continuummodel[J].Chem.Phys.Lett.,1996,255:327～335.[19]Frisch M J,Trucks G W,Schlegel H B,et al.Gaussian 03,revisionB.03;Gaussian,Inc.,Pittsburgh,PA,2003.。
小分子有机电致发光材料的合成与性能研究
小分子有机电致发光材料的合成与性能研究随着人们对环境保护意识的提高，绿色能源成为了越来越多人关注的话题。
在绿色能源领域，有机电致发光材料受到了人们的广泛关注。
小分子有机电致发光材料作为一种新型、高效、环保、可重复使用的发光材料，近年来得到了广泛的研究和应用。
小分子有机电致发光材料的合成是困难的，需要对材料的化学结构、发射过程和电子输运等进行深入研究。
此外，对小分子有机电致发光材料的性能研究也非常重要，可以为鉴别材料的优劣提供依据，为其应用于特定领域提供参考。
一、小分子有机电致发光材料的合成小分子有机电致发光材料的合成涉及到多个方面，包括材料的化学结构、发射过程和电子输运等。
其中，化学结构是影响材料电致发光性能的关键因素之一。
目前，针对小分子有机电致发光材料的合成已经有了一些研究成果。
例如，许多研究人员利用立体化学的原理来控制小分子有机电致发光材料的分子结构。
通过合理的设计分子结构，可以控制分子之间的距离和相对位置，从而影响电荷输运和激子的形成和输运过程，改善小分子有机电致发光材料的性能。
此外，还有一些研究表明，改变小分子有机电致发光材料的分子结构也可以改变其电子输运的特性。
通过引入官能团，可以改变材料的能带结构和电子亲和力，从而影响电荷注入、激子的形成和输运等过程。
二、小分子有机电致发光材料的性能研究小分子有机电致发光材料的性能研究是评价材料优劣的重要手段。
不同的应用领域对电致发光材料的性能要求不同，因此性能研究也多样化。
1. 光电特性研究作为一种发光材料，小分子有机电致发光材料的关键性能之一就是光电性能。
这里，重点需要研究的是小分子有机电致发光材料的发光机制。
当前，对于小分子有机电致发光材料的光电特性研究，研究人员一般采用多种研究手段，如动态光电流法、电致荧光光谱、荧光寿命和荧光量子产率等。
利用这些手段可以全面了解小分子有机电致发光材料的光电特性，包括材料的透过率、发射波长、荧光寿命和量子效率等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有机电致发光材料结构及性能有机电致发光（EL）是当前国际上的一个研究热点。
因有机具有低压直流驱动高亮度、高效率以及易实现全色大面积显示等优点。
近年来，这方面的工作在世界各地引起了广泛关注。
有机EL器件具有与集成电路相匹配的直流低电压驱动的特性，且易于实现大面积直流显示。
与液晶显示器件相比，其响应速度要快得多。
另外，与无机EL器件相比，有机EL器件还具有易处理、可加工成不同的形状、机械性能良好以及成本低廉等优点。
在有机EL器件研制中，材料的选择是至关重要的。
材料的性质、器件的结构和加工工艺决定了器件的最终性能。
目前，有机EL材料大致包括小分子化合物和聚合物两大类。
按照功能来分，有机EL材料又可分为电子传输材料、空穴传输材料和发光材料。
其中，电子传输材料和空穴传输材料又可兼作发光材料。
1、有机电致发光原理有机、聚合物薄膜EL器件是通过电子、空穴载流子的注入和复合而发光的。
器件的结构包括单层和多层两大类。
单层EL器件由阴极、发射层和阳极组成。
为了提高载流子的注入效率和发光效率。
在阴极或阳极与发射层之问加入电子输运层或空穴输运层，从而得到了双层或多层EL器件。
有机EL器件的几种典型结构由前面可知，EL器件由阳极、阴极、载流子（电子和空穴）传输层和发光层组成。
阳极一般采用ITO导电玻璃。
对于小分子有机EL器件，一般采用真空蒸镀法依次将有机薄膜成形在ITO玻璃上，最后用同样的方法将阴极材料成膜在有机膜上。
对于大分子聚合物EL器件，因为聚合物的熔点较高，不易升华，而且高温加热可能破坏其长链结构，因此，通常不采用真空蒸镀法。
一般是将聚合物溶解在有机溶剂如氯仿、甲苯或二氯乙烷等中，然后再经过浸涂或旋涂成膜。
但阴极薄膜以及多层结构中的其它小分子薄膜仍需要采用真空蒸镀的方法制备。
值得注意的是，制备过程中所采用的工艺条件。
温度、真空度、成膜速度以及膜层厚度等对器件的性能产生重要影响。
通常要求真空度高于pa53-蒸发速率为 ~s。
在有机、聚合物EL器件中，典型的发光层、载流子输运层厚度为10几十纳米。
发光层厚度对发光效率、EL光谱以及起始电庄都会产生影响，随发光层厚度增大，起始电压将逐渐增大。
有机EL器件的发光属于注入型发光。
在正向电压（ITO接正）驱动下，ITO向发光层注入空穴，金属电极向发光层注入电子。
注入的空穴和电子在发光层中相遇结合为激子，激子复合并将能量传递给发光材料，后者再经过辐射弛豫过程而发光。
由于采用薄膜结构，通常在~10V的电压下便可以在发光层中产生104~105V/cm的高场，从而可保证电子和空穴的有效注入。
研究结果表明，有机小分子薄膜（电子导体）与ITO薄膜在交界面上形成类似无机半导体中的p-n结构，而与金属阴极形成欧姆接触。
聚合物薄膜则与ITO薄膜形成欧姆接触，而与金属阴极形成肖特基结。
为了研究EL器件的发光机理，人们采用分区掺杂和电致发光瞬态分析等方法研究了器件中激子的产生和复合区域以及载流子、激子的行为。
有机、聚合物EL器件已从单层结构发展到多层结构。
采用多层结构的目的就在于提高载流子的往入密度。
载流子输运层的加入将影响到器件的发光特征。
实验证明，采用多层结构后，EL器件的I—V特性曲线的非线性程度提高，而驱动电压则有所降低，电子和空穴在发光层中的复合几率得到提高。
另外，载流子输运层的加入将提高发光亮度但不会改变发光颜色。
多层结构的EL器件还存在载流子输运层与发光层的能带匹配问题。
载流子输运层的能隙必须宽于发光层的带隙，而且发光层的带隙应位于载流子输运层的带隙内，从而保证载流子较易注入到发光层中。
EL器件的发光颜色取决于发光材料的荧光光谱，为了改变器件的发光光谱，可以在发光层材料中掺入适当的掺杂剂。
对于掺杂的EL器件，发光颜色决定于发光层基质材料和掺杂剂的荧光光谱以及两者之问的能量传递效率和相对的浓度大小。
其中保证基质材料与掺杂剂之问的有效能量传递是很重要的，为此要求所选择的掺杂剂的能隙应小于基质材料的能带宽度。
对于聚合物EL器件，除可以通过小分子染料掺杂来改变发光颜色外，还可以采用改变侧链结构的方法来实现发光颜色的选择。
对于特定的聚合物分子，不同的侧链及不同的侧链长度都将改变分子的禁带宽度。
另外，不同的聚合物分子也可以互相掺杂，通过改变其配比也可以达到调节发光颜色的目的。
2、有机EL材料有机EL材料可分类为阴极材料、阳极材料以及有机活性材料。
所谓有机活性材料是指在器件中起载流子注入、传输以及发光作用的有机小分子和高分子材料。
1）阴极材料阴极需采用低功函材料，以便电子可以在较低电压下注入到发光层中问，适当的阴极材料还应当在空气中具有较好的稳定性。
可用作阴极材料的物质包括 In、Cu、Au、Ca、Al、Mg、Ag等金属或合金。
目前采用较多的是Mg：Ag合金和Al。
近来，有文献报道了一种新型阴极，是由碱金属化合物，如LiF、MgF2、LiOx与Al组合而成的。
这种新型阴极不采用对空气敏感的金属，大大提高了器件的性能和工作寿命。
2）阳极材料必须选择高功函的材料以便于空穴注入到发光层中间，如氧化锢一氧化锡膜（ITO）。
为了控制阳极表面的电压降，所用的ITO玻璃的表面电阻一般要求小于50 。
ITO表面的不平整度被认为是导致EL器件中出现“黑点”缺陷的一个重要因素。
因此理想的EL器件需要表面粗糙度小的、高质量的玻璃基片。
在有机EL器件中的各类有机材料是研究开发的重点。
用作电致发光的有机材料应具备以下特征：1在可见光区内具有较高的荧光量子效率或具有较高的导电率，能有效地传递电子或空穴；2有较好的成膜性；3具有良好的稳定性和机械加工性能。
电致发光层中的发光材料可以通过控制或改变其能级来实现不同颜色之间的改变，这其中容易调节能级的以p-n材料为主。
1）线性 p-n 嵌段聚合物调节有机光电功能材料的能级如何实现电子和空穴在有机/聚合物电致发光材料中注入及传输的平衡是获得高效、稳定而低耗发光器件的关键，而利用分子结构的化学修饰来实现载流子注入及传输的平衡对于简化器件结构、降低制作成本以及提高器件性能具有特别重要的意义。
在各种化学修饰方法中，合成线性共轭聚合物是常用方法之一。
考虑到二唑单元是一个吸电子基团，而噻吩是一个给电子基团，如果在单个聚合物链上集成不同共轭长度的恶二唑和噻吩片段，改变片段的共轭长度以及二者之间的连接方式会引起聚合物主链电子云的转移，这必将改变所得材料的能级。
在该思路的指导下，Huang 研究小组合成了一系列p-n嵌段聚合物，并对其光电性能进行了表征，结果验证了p-n嵌段分子设计思想的正确性：不仅可以调节材料的能级，还可以调节材料的发光波长。
2）支化 p-n 嵌段聚合物调节有机光电功能材料的能级在系统研究线性聚合物的基础上，Huang研究小组将研究注意力投向支化聚合物。
通过将高度非平面构筑单元——螺环引入到聚芴类材料当中，大幅提高了聚合物的玻璃化温度，有效抑制其结晶化过程，从而削弱链间聚集体和激基复合物的形成，提高了聚芴类材料的光谱稳定性。
在螺旋芴的2，7 位引入吸电子恶二唑基团，设计合成了“载流子双通道传输材料”。
实验证明恶二唑的引入可以降低聚芴的LUMO能级到? eV，明显改善了聚合物的电子传输性能。
将离子化的铱配合物引入到聚芴中，合成了一种红光聚合物，详细研究了不同铱配合物含量时聚合物的分子内和分子间的能量传递、光物理以及能级变化的情况。
与共混掺杂体系相比，该聚合物中主客体之间的能量传递更加彻底，分子内的能量传递要比分子间的能量传递更加有效。
聚芴的HOMO和LUMO能级分别为? 和? eV，在引入少量离子化铱配合物后，聚合物的HOMO能级基本上保持不变，而LUMO能级稍有降低，铱配合物之间的引入并没有引起聚芴主链共轭结构的明显改变。
该工作的意义在于在保持聚合物能级跟聚芴近似相等的情况下，利用主链上寡聚芴和铱配合物之间的能量传递来自掺杂实现红光。
3）结构明确的p-n嵌段寡聚物调节有机光电功能材料的能级目前聚合物发光材料主要有聚芴、聚噻吩、聚唑、聚对苯乙烯撑以及它们的衍生物，这些材料的一个明显的缺点是对电子和空穴传输不平衡，严重影响了器件的效率。
为了解决该问题，常用方法是将具有良好电子传输作用(n型)和空穴传输作用(p型)的单体共聚来调节聚合物的HOMO和LUMO能级，以得到电子/空穴传输平衡的聚合物。
但是线性p-n嵌段聚合物的LUMO和HOMO能级不能独立调节，载流子的注入、传输和发光特性不容易协调兼顾，常常出现以牺牲一定荧光量子效率为代价来平衡载流子的注入与传输。
此外，聚合物的结构具有多分散性特点，这导致研究结果的重复性不高，甚至会出现自相矛盾的结果。
而寡聚物结构明确，结构与性能之间的正交关系直接，实验比较容易控制，并且材料纯度高，是研究结构-性能关系的最佳对象。
因此，近年来Huang研究小组将结构明确的寡聚物作为验证p-n嵌段分子设计思想的研究对象，设计合成了一系列噻吩恶二唑的双嵌段以及三嵌段寡聚物，寡聚物T2O，T2O2，T4O2，OT2O以及T2O2T2的LUMO和HOMO能级分别为??，??，??，?? 和?? eV，通过改变噻吩和恶二唑片段的共轭长度以及噻吩与恶二唑单元之间的连接方式，也较好地调节了所得寡聚物的HOMO和LUMO 能级。
十字型p-n双嵌段寡聚物，即以苯环为中心，在中心苯环上引入独立的p型芴臂和n型恶二唑臂，p型芴臂形成空穴传输通道，n型恶二唑臂形成电子传输通道，从材料设计角度来实现电子和空穴传输的双重平衡。
把电子传输性好的n型恶二唑基团挂在p型噻吩的侧链，形成独立传输通道来解决载流子传输的不平衡问题。