新型p--n-交替3，4-二烷基噻吩共聚物的合成及其性能研究.pdf

1、主鏈含有共軛大π鍵為電子結(jié)構(gòu)特征的導(dǎo)電聚合物材料因在導(dǎo)電、發(fā)光、非線性光學(xué)、電池、傳感器、微波吸收、電磁屏蔽、場效應(yīng)晶體管、納米開關(guān)、新型記憶材料等現(xiàn)代光電子，微電子領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用前景而倍受學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。烷基取代聚噻吩衍生物是導(dǎo)電聚合物中較早研究，并具有溶解性好，氧化態(tài)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)的一類聚合物光電功能材料。對于大多數(shù)共軛聚噻吩衍生物而言，由于其電子親和勢較低，使其電子傳輸和注入效率比空穴傳輸和注入效率低。因此，提高聚噻吩衍生

2、物電子傳輸和注入性能，使電子和空穴平衡地注入聚合物發(fā)光層，是獲得高效率聚噻吩電致發(fā)光器件的關(guān)鍵。
　　 借助親核取代反應(yīng)和格式置換反應(yīng)，以3，4-二溴噻吩為原料，二氯-1，3-雙（二苯基膦）丙烷鎳（Ⅱ）（Ni（dppp）Cl2）為催化劑，合成了分子結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚3，4-二辛基噻吩（PO2T）、聚3，4-二十二烷基噻吩（PD2T）兩種均聚物，通過1H-NMR和紅外光譜分析法對聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征；采用凝膠色譜法對聚合物的分子量

3、進(jìn)行了測定，重均分子量在4600-4900范圍內(nèi)，分子量分布在1.02-1.35范圍內(nèi)。利用紫外-可見吸收光譜和熒光光譜法分別研究了PO2T、PD2T的光學(xué)性能，在氯仿溶液中，兩種均聚物的紫外最大吸收峰值分別位于355和371nm，光學(xué)帶隙分別為2.92、2.90eV，熒光最大發(fā)射波長分別為466和473nm。在固態(tài)薄膜狀態(tài)，兩種均聚物的紫外最大吸收峰分別紅移了36、33nm，能隙有所降低，發(fā)射波長也分別相應(yīng)紅移了49、48nm。PO2

4、T、PD2T的熒光量子效率分別為8.31％、22.6％，較課題組之前研究的單取代的聚3-烷基噻吩（P3AT）均聚物提高了3-7倍。分別以PO2T、PD2T作為發(fā)光活性材料，組裝[ITO/Polymer/Al]結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光單層器件，并研究器件的I-V曲線和電致發(fā)光性能。結(jié)果顯示：器件的開啟電壓分別為6V、6.4V，I-V曲線顯示出較好的整流性和耐壓性。在室溫直流電壓驅(qū)動(dòng)下，PO2T、PD2T的電致發(fā)光最大發(fā)射波長分別為546nm和553

5、nm，分別發(fā)出黃綠色和橙黃色的光。
　　 為了進(jìn)一步改善聚噻吩的電荷平衡傳輸性能，本文在母體單元選擇的基礎(chǔ)上，采用Heck偶聯(lián)反應(yīng)，設(shè)計(jì)并合成了主鏈含有乙烯基、噻吩環(huán)和嗯二唑（或吡啶）單元的具有電子、空穴雙向平衡傳輸能力的新型交替共軛規(guī)整共聚物：2，5-二乙烯基-3，4-二辛基噻吩-共-2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑（PO2TV-OXD）、2，5-二乙烯基-3，4-二十二烷基噻吩-共-2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑（PD

6、2TV-OXD）、2，5-二乙烯基-3，4-二辛基噻吩-共-2，6-吡啶（PO2TV-Py）和2，5-二乙烯基-3，4-二十二烷基噻吩-共-2，6-吡啶（PD2TV-Py），并借助1H-NMR和紅外光譜分析法對聚合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，用凝膠色譜法測定了分子量，四種共聚物的重均分子量在4500-8200范圍內(nèi)，分子量分布較窄，分布系數(shù)分別為1.46、1.34、1.09和1.08。室溫下，共聚物在氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃等有機(jī)溶劑中均有良

7、好的溶解性。紫外-可見吸收光譜和熒光光譜分析的結(jié)果表明：四種共聚物在氯仿溶液和同體薄膜中，紫外最大吸收波長及熒光最大激發(fā)波長都較均聚物有所藍(lán)移，光學(xué)能隙值升高。四種共聚物在氯仿溶液中的最大發(fā)射波長分別為390nm、395nm、482nm和471nm，發(fā)射出明亮的黃綠、藍(lán)紫色光；在固體薄膜狀態(tài)下，共聚物的能隙較溶液中有所降低，發(fā)射波長紅移。與均聚物相比，共聚物的熒光量子效率顯著提高，PO2TV-OXD和PD2TV-OXD的熒光量子效率分別

8、高達(dá)43.6％和68.5％，分別為其均聚物的5和3倍；而兩種吡啶共聚物的熒光量子產(chǎn)率也較其均聚物分別提高了270％和140％。說明，電子親和勢較高的噁二唑和吡啶的引入使共聚物具有較低的電離能和較高的電子親合能，有利于電子和空穴在分子內(nèi)的雙向傳輸，其中，1，3，4-噁二唑共聚物的電子注入能力較吡啶共聚物強(qiáng)，更利于改善電荷的注入平衡和提高器件的效率。制備了共聚物的[ITO/Polymer/Al]的單層發(fā)光器件，對I-V曲線及電致發(fā)光光譜進(jìn)行

9、了研究，PO2TV-OXD、PD2TV-OXD、PO2TV-Py及PD2TV-Py器件的開啟電壓分別為4.2V、4.0V、5.8V和5.5V，整流性和耐壓性均較好。在室溫直流電壓驅(qū)動(dòng)下，四種共聚物電致發(fā)光的最大發(fā)射波長分別為538nm、548nm、545nm、552nm，發(fā)出黃綠色、黃色、橙黃色光。
　　 綜上所述，將兩種具有不同吸電子能力的電子傳輸單元（噁二唑和吡啶）分別與空穴傳輸單元3，4-二烷基噻吩交替有序共聚，實(shí)現(xiàn)了對共