一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料及其制备方法与在OLED中的应用技术

本发明专利技术公开了一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料及其制备方法与在OLED中的应用。本发明专利技术通过在菲并咪唑上连接上不同的修饰基团，调控菲并咪唑衍生物的激发态性质，使该有机半导体材料固态下具有蓝色或深蓝色发射，且具有显著的聚集诱导发光性能和“热激子”的特征。本发明专利技术的制备方法简单、原料易得、产率较高，所制备的有机半导体材料可应用在有机发光二极管OLED的发光层中，兼具高效固态发光和高电激发激子利用率的特征，可制备出高效率、低程度效率滚降、非掺杂的蓝色有机电致发光器件，在有机电致发光领域有广泛的应用。机电致发光领域有广泛的应用。机电致发光领域有广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料及其制备方法与在OLED中的应用


[0001]本专利技术属于有机光电材料
，具体涉及一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料及其制备方法与在OLED中的应用。

技术介绍

[0002]有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)由于具有低能耗、高亮度、高色彩、重量轻、灵活等优点，在平板显示和固态照明技术中得到了广泛的应用。目前，相比于发展成熟的绿光和红光材料，三原色之一的蓝光材料的探索仍然是一个巨大的挑战。实现蓝色发光需要在激发态下进行一定范围的构象弛豫，因此，蓝色发光体的组成部分通常是平面的刚性结构，如蒽、菲和芘在这种情况下，其衍生物的蓝色发光体在固态中更容易发生强的π
‑
π相互作用，产生聚集引起的猝灭(ACQ)效应和低光致发光量子产量(PLQY)。另一方面，基于传统荧光材料的OLEDs中只有25％的单线态激子可被用于发光，而75％的三线态激子以非辐射的形式白白耗散掉，导致器件效率很低，虽然利用具有磷光或热激活延迟荧光(TADF)特性的发光原可以获得高的电致发光(EL)性能，其激子利用率(EUE)接近100％；然而，当它们发射出的颜色进入蓝色区域时，棘手的挑战仍然存在。例如，蓝色荧光粉经常遇到成本高、稳定性差的问题，而具有强供体
‑
受体(D
‑
A)结构的蓝色TADF发光原，由于强的分子内电荷转移(CT)效应，导致颜色纯度较低。此外，需要掺杂技术来缓解其长寿命三重态激子的积累，但合适的具有高三重态能量的主体材料也很少。(Guo,J.,Zhao,Z.,Tang,B.Z.,Purely Organic Materials with Aggregation
‑
Induced Delayed Fluorescence for Efficient Nondoped OLEDs.Advanced Optical Materials 2018,6,1800264.)
[0003]聚集诱导发光(aggregation
‑
induced emission，AIE)是2001年唐本忠课题组报道的一个颠覆传统的概念，指的是分子在溶液态下几乎不发光，而在聚集态或固态薄膜下发光显著增强的现象。AIE机理的提出实现了对有机发光材料发展的又一次飞跃，对以往由于OLEDs器件发光材料存在ACQ问题提供了很好的解决思路。针对OLED器件中75％的三线态激子不能被利用的问题，2011年马於光课题组提出了同样可以充分利用单、三线态激子的新机制
‑‑“
热激子”机制，基于“热激子”材料制备的蓝光OLED器件不光可以解决传统荧光材料器件效率低的问题，而且由于可以快速利用三线态激子，还具有滚降低、稳定性好的优势。因此，研究和开发一种兼具AIE和“热激子”特征的蓝色有机半导体材料，对于提升有机电致发光器件的性能具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料及其制备方法与在OLED中的应用。该类材料具备蓝光发射和AIE特性，在稀溶液中发光微弱，但是在聚集态或固态下发光明显增强；该类材料还具有“热激子”的特征，可以突破荧
光材料25％的激子利用率限制；该类材料兼具高固态发光效率和高的电激发激子利用率的特征，可制备出高效率、低程度效率滚降、非掺杂的蓝色有机电致发光器件。
[0005]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]本专利技术提供的一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料，其化学结构式如下所示：
[0007][0008]其中，R1为给电子基团或吸电子基团，Ar1、Ar2为给体基团。
[0009]所述R1为以下1
‑
6结构中的一种：
[0010][0011]所述Ar1、Ar2为以下a
‑
w结构中的一种：
[0012][0013]本专利技术提供的一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]以3,6
‑
二溴菲
‑
9,10
‑
二酮、2
‑
萘甲醛、含R1取代基的苯胺和醋酸铵为原料，通过一步关环得到相应的中间体；然后与Ar1和Ar2对应的硼酸或硼酸酯并加入碳酸钾进行Suzuki反应，得到相应的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料。
[0015]进一步地，所述3,6
‑
二溴菲
‑
9,10
‑
二酮与2
‑
萘甲醛的摩尔比为1:1～1:1.2。
[0016]进一步地，所述3,6
‑
二溴菲
‑
9,10
‑
二酮与含R1取代基的苯胺的摩尔比为1:4～1:5。
[0017]进一步地，所述3,6
‑
二溴菲
‑
9,10
‑
二酮与醋酸铵的摩尔比为1:4～1:5。
[0018]进一步地，所述中间体与Ar1和Ar2对应的硼酸或硼酸酯的摩尔比为1:2.5～1:3。
[0019]进一步地，所述中间体与碳酸钾的摩尔比为1:2.5～1:3。
[0020]进一步地，通过一步关环得到相应中间体的反应温度为120℃～130℃，反应时间为3h～4h。
[0021]进一步地，进行Suzuki反应的反应温度为110℃～120℃，反应时间为11h～12h。
[0022]本专利技术还提供了上述含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料在制备有机电致发光器件中的应用，特别是在制备有机发光二极管OLED的发光层中的应用。
[0023]本专利技术选择菲并咪唑作为材料的构筑基元，使得材料可以发出蓝色荧光，首先选择共轭程度较小的2
‑
萘基菲并咪唑(NPI)作为骨架调控LE态(局域激发态)组分，为发光分子提供高辐射跃迁速率的发光，接着通过引入吸电子能力较强的对位苯氰基增强分子的CT态(电荷转移态)组分，有利于实现三线态激子的利用，最后在菲并咪唑的3,6位接上给体基团，通过增大共轭调控杂化激发态中的LE态成分，使发光分子具有平衡LE/CT态分布，既可以通过LE态组分实现高的振子强度，又可以利用LE态和CT态之间的SOC作用促进hRISC过程，提高激子利用率。
[0024]在保证材料蓝光发射的前提下，通过母体菲并咪唑的AIE特性，使得材料在聚集状态下不会因形成很强的π
‑
π相互作用而导致荧光猝灭现象，可以避免聚集状态下荧光猝灭的问题，突破有机荧光材料25％的激子利用率限制，从而获得高的固态发光效率。而且材料的合成方法简单高效，热稳定性和电化学稳定性优良，使得这类材料可以大规模合成与纯化，具有极大的应用前景。本专利技术材料在发射蓝色荧光的同时，还兼具AIE和“热激子”的特征，从而实现高的固态发光效率和高的电激发激子利用率。基于此类材料可制备出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料，其特征在于，化学结构式如下所示：其中，R1为给电子基团或吸电子基团，Ar1、Ar2为给体基团。2.根据权利要求1所述的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料，其特征在于，所述R1为以下1
‑
6结构中的一种：3.根据权利要求1所述的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料，其特征在于，所述Ar1、Ar2为以下a
‑
w结构中的一种：
4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以3,6
‑
二溴菲
‑
9,10
‑
二酮、2
‑
萘甲醛、含R1取代基的苯胺和醋酸铵为原料，通过一步关环得到相应的中间体；然后与Ar1和Ar2对应的硼酸或硼酸酯并加入碳酸钾进行Suzuki反应，得到相应的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料。5.根据权利要求4所述的含菲并咪唑的蓝色有机半导体材料的制备方法，其特征在于，
所述3,6
‑
二溴菲
‑
9,1...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐本忠，王志明，郭学成，张翰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：