主链含铱配合物的聚合物红光磷光材料
有机金属配合物发光材料是继无机发光材料之后发展起来的新型交叉研究领域, 与无机发光材料相比, 有机金属配合物发光材料具有发光效率高、亮度大、视角宽、响应速度快等优点. 其中具有d6和d8电子结构的铱(Ir)、铂(Pt)、锇(Os)等重金属配合物, 由于能够产生强烈的自旋-轨道耦合, 增大了单重态-三重态的系间窜跃几率, 较大程度地提高了磷光效率, 缩短了磷光寿命, 减少了磷光淬灭, 实现了室温下的磷光发射, 而受到国内外众多研究学者的青睐.
在众多过渡金属有机配合物中, 以铱为内核的电致磷光材料因具有相对较短的三重态寿命和较高的发光亮度, 已成为近几年研究的热点. 通过修饰改变配体的种类和结构可以得到不同性能、发光颜色的磷光材料, 获得高效率的红、绿、蓝三基色器件. 目前, 绿光磷光材料是发展最成熟的一类材料。而红光、蓝光材料由于分别受限其较小的能隙和主体材料不匹配等因素, 发展势头远远落后于绿光材料. 已知的性能较优的红光磷光材料包括(btp)2Ir(acac)和(piq)2Ir(acac)(btp:2-(2’-苯并噻吩基)吡啶-N,C3’,acac: 乙酰丙酮,piq: 1-苯基异喹啉). 红色发光材料的研究成为制约高质量信息显示发展的瓶颈.
造成这种状况的主要原因是: (1) 对应于红光发射的化合物能级差较小, 这为红光材料配体的设计增加了困难; (2) 红光材料体系中, 存在较强的π-π键相互作用, 或者具有强的电荷转移特性, 都会加剧分子的聚集, 易导致淬灭现象; (3) 红光材料稳定性较低. 因此选择合适的红光材料, 通过降低能隙(Eg), 从而降低跃迁需要的能量, 发生红移.
降低能隙一般有三种方法: 通过增加分子的刚性, 如增大共平面性, 使电子跃迁的能量降低; 通过增大芳环上π共轭链长度, 从而降低电子跃迁所需的能量,用电负性大的N或S原子代替C原子, 降低最低空轨道(LUMO)能级, 从而降低Eg, 实现红移. 此外, 取代基的种类和位置以及给电子或吸电子能力等都是影响其发光性能的重要因素, 因此改变配体的取代基位置或种类, 如引入供电子的烷基、烷氧基等,也可以调节发光颜色, 使光谱红移. 前人在此领域已经进行了相当一部分的有意义的探索性工作, 合成出了多种基于稠杂环化合物的红光磷光材料, 这类磷光材料集各种功能单元于一体, 它们具有如下的优点. (1) 发光量子效率高: 稠杂环类铱配合物, 由于存在强烈的自旋-轨道耦合, 使得其配合物的单重态激子和三重态激子混杂, 最大内量子效率理论可达100%. (2) 发光颜色可调: 这类配合物对比其它发光分子而言有着易于制备、便于通过修饰配体来调节发光波长, 通过改变稠杂环配体和辅助配体, 可获得发光效率高的纯红光磷光铱配合物. (3) 平衡电荷注入及迁移能力: 通过引入传电子基团及传空穴基团到配体中, 调节它们之间的比例可平衡材料的电荷注入及传输能力, 从而提高器件的稳定性和效率. 人们成功地把这些以稠杂环化合物为配体的磷光材料应用于器件中, 为红色磷光材料的发展做出了巨大贡献. 铱配合物磷光材料按分子比重可以分为小分子有机金属配合物, 树枝状金属配合物和高分子金属配合物.
南京邮电大学黄维等人设计合适的红光材料成为具有挑战性的问题.稠杂环化合物因发光量子效率高、发光颜色可调、平衡电荷注入及迁移等优越性能而广泛应用于红色磷光铱配合物.他们综述了近几年稠杂环化合物在小分子、树枝状及高分子红色磷光铱配合物中的应用,阐述了铱配合物分子结构对材料光电性质及器件性能的影响,最后展望了稠杂环化合物在红光磷光材料中的应用前景.相关文章发表在《物理化学学报》上（“稠杂环化合物在红色磷光铱配合物中的应用”）。