染料掺杂的有机-无机杂化物材料制造技术

本发明专利技术涉及包括有机组分和无机组分的一种有机－无机杂化物材料。有机组分包括在可见光范围内发荧光的染料。还有，光学惰性组分可替换一部分的有机染料组分以增加荧光。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及有机－无机杂化物材料的领域。更尤其，它涉及可用于电场致发光器件的发光性杂化物材料。专利技术的背景有机－无机杂化物是技术上重要的一类材料，使得有可能在单个分子复合物内兼有有机和无机组分两者的有用性能。有机材料的光学和电性能，例如，能够通过改变它们的分子结构而相对容易地转变。加工的容易性，塑性，和低的价格使有机材料对于许多应用具有吸引力。然后，坚固性，热稳定性，和低电荷迁移性的缺乏抑制了它们在许多这类应用中的使用。这些后要求的性能是通过无机材料提供的。通过合成有机－无机复合材料，能够在单种材料内潜在地获得两截然不同物质的最佳组合。层状有机－无机钙钛矿型结构是一小类有机－无机杂化物，并且最近已经十分有吸引力，这归因于它们独特的电、磁和光学性能的潜力。这一家族的基本构成组分是无机ABX3钙钛矿结构。通过用有机阳离子置换无机阳离子，可形成有机－无机杂化钙钛矿型结构复合物。在这些离子复合物中，有机组分是该结构的致密部分，因为该结构实际上取决于供电中和用的有机组分。所以，该复合物显示出特定的化学计量组成。层状(二维)A2BX4，ABX4和一维A3BX5，和A2A’BX5钙钛矿型结构也存在并被认为是三维母体家族的衍生物。在这些低维数的复合物中，以较大的结合能(＞300meV)和振子强度，在无机片材内观察到激子的形成。有益的物理性能如强室温光致发光，三次谐波的产生，和电磁声子吸收是由这些激子引起的。强烈的光致发光和通过在结构中引入不同金属或卤素原子来调整发射波长的能力使得这些钙钛矿型结构作为电致发光器件中的发光材料变得十分诱人，虽然目前该装置仅仅在低温下操作。通常，简单的有机阳离子如脂肪族或单环芳族铵阳离子用于形成这些结构。这些阳离子对光和电表现惰性。本专利技术的目的是提供一种有机－无机杂化物，它在结构的有机组分内引入官能化的、旋光的、发光的染料分子和光学惰性分子的混合物。染料分子在有机组分内的稀释将减少在染料分子之间发生的自淬灭相互作用，进而提高发光率。本专利技术另一个目的是提供一种有机－无机材料，它不是无规的，而是本身自我组合成有机和无机组分的可预见的排列。这减少了发光的变化性和在无机和有机组分之间增加了电荷传导。本专利技术再一目的是提供一种有机－无机材料，它能够通过简单和不昂贵的方法容易地沉积在基材上。本专利技术概述本专利技术涉及包括有机组分和无机组分的一种有机－无机杂化物材料。有机组分包括在可见光范围内发光的染料。还有，光学惰性组分能够替换一部分的有机染料组分，得到了一种比完全填充有机染料的杂化物材料有更高强度发光的有机－无机杂化物材料。附图的简述附图说明图1说明了基于三维钙钛矿结构ABX3的有机－无机杂化物材料的实例。图2说明了具有以下通式的优选钙钛矿结构(RNH3)2(CH3NH3)n－1MnX3n+1。图3说明了具有以下通式的优选钙钛矿结构(NH3－R－NH3)(CH3NH3)n－1MnX3n+1，其中n=1。图4是具有结构式AEQTxAETH1－xPbBr4的材料的量子产率／染料浓度的曲线图。图5是从单晶X－射线结构测定获得的复合物(AEQT)PbBr4的结构。本专利技术的详细叙述本专利技术涉及含有在可见光范围内发光的染料的一种有机－无机杂化物材料。本专利技术的有机－无机杂化物材料结合了无机结晶材料与有机材料的优点。有机组分包括染料组分和有利于有机－无机杂化物材料自我组合成晶体状结构的光学惰性组分。无机组分形成了延伸的一－，二－或三维网络，获得了高载流子迁移特性的无机结晶固体。与这些无机网络有关的激子可转移至有机染料中，提高它的发光率，尤其当这种染料专门用来在激子的波长范围内吸收时。还有，通过引入光学惰性组分(在可见光范围不吸收或发光)，发光进一步增强了，因为在染料分子之间的自淬灭相互作用减少了。发光的一小类是荧光(由允许跃迁引起的发射，包括单峰激发态并要求低于10－7s来发生)。通过使用发萤光的有机分子，这些改进作用能够提供有效的发射层，如果这些材料用于制造有机发光二极管的话。就本专利技术而言，有机－无机杂化物材料是指由以下组分组成的材料以分子水平相互混合的有机组分和无机组分，和(ⅰ)其中该材料的特征在于各无机组分与各有机组分有基本固定的比率；和(ⅱ)其中有机和无机两组分表现出一种力，使得相互之间自我组合成可预见的排列。有机－无机杂化物材料的一个实例采取有机－无机钙钛矿结构的形式。层状钙钛矿天然地形成了量子阱(quantum well)的结构，其中共角型金属卤化物八面体的二维半导体层和有机层交替堆叠。为了制备有机－无机杂化物材料，旋转涂布技术是合适的，因为许多有机－无机钙钛矿型结构可溶于普通的含水的溶剂或有机溶剂。通过使用这种方法，获得了高质量，高取向，层状的钙钛矿型结构薄膜。真空蒸发技术也已经用来生长这些层状钙钛矿型结构的膜。待审查U．S．专利申请序列号No．09／192，130，标题“用于沉积物有机－无机杂化物膜的单一源热烧蚀方法”，和U．S．专利5，871，579，标题“用于制备有机－无机钙钛矿型结构薄膜的两步浸渍技术”，两者均转让给本申请的受让人。两文件都教导了有机－无机杂化物材料的另一种沉积方法。上述文献的公开内容被引入本文供参考。图1说明了基于三维钙钛矿结构ABX3的有机－无机杂化物材料10的一个实例。钙钛矿结构包括共角的BX6八面体12。各八面体12由顶点处的六个X阴离子和在中心的一个B阳离子确定(参见结晶示意图18)。A阳离子位于八面体12之间的大空隙内。基于三维钙钛矿结构的层状无机复合物能够具体化为沿着钙钛矿型结构的<100>或<110>平面采取n层厚。截取(cut)．(n=1至无限)的形式。在有机－无机杂化物材料中，钙钛矿型结构片的阴离子、无机的BX6八面体是通过构成交替层和／或位于A阳离子空隙位中的阳离子、有机的分子20来实现电荷平衡。这些材料的实例包括B=14族(Ⅳ A)，过渡金属，和稀土元素，X=卤素(氯，Br，或I)，和A=有机铵或二铵阳离子。在本专利技术中，有机铵或二铵阳离子是在可见光范围发光的染料衍生物和光学惰性材料的混合物。无机钙钛矿型结构片12和有机层20是通过强烈的离子键和氢键来结合在一起的。离子键要求有机－无机复合物具有特定的化学计量和有机分子位于定义明确的结晶位置。有机和无机层之间的结合引起这些杂化物材料作为局部有序的或结晶性的、薄的膜沉积下来或作为单晶生长。图2中显示的优选钙钛矿型结构材料具有以下通式(RNH3)2(CH3NH3)n－1MnX3n+1，其中R是有机基；M是二价金属，X是卤素和n是1或1以上。金属原子1是采取八面体配位的二价金属。有机组分6是由两个组分组成铵阳离子4和有机基3。铵阳离子4以氢键结合于无机卤素2，有机基3延伸到各层之间的空间中并借助于范德华作用力将结构保持在一起。另一种优选的钙钛矿型结构含有具有通式(NH3－R－NH3)(CH3NH3)n－1MnX3n+1的二铵阳离子，其中R，M，X，和n如以上所述。图3说明了当n=1时的二铵阳离子钙钛矿结构。在这种情况下，有机组分6具有结合于无机卤素2的两个铵阳离子4。有机组分优选是在可见光范围发荧光的染料的衍生物。优选的染料衍生物的实例是二苯乙炔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括有机组分和无机组分的有机－无机杂化物材料，其中有机组分包括与光学惰性组分混合的染料组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K昌德罗迪斯，DB米特兹，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]