一种新型有机聚合物深红色发光材料的合成及发光特性的研究

1、一种新型有机聚合物深红色发光材料的合成及发光特性的研究    一种新型有机聚合物深红色发光材料的合成及发光特性的研究程志明1，徐征1*，付强2，赵谡玲1，张福俊11.北京交通大学光电子技术研究所，发光与光信息技术教育部重点实验室，北京1000442.辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036摘要合成了一种深红色发光的聚苯乙烯喹啉（PPV-Q）材料，研究了其光致发光，电致发光及吸收光谱。这种材料在紫外和蓝光区具有很强的吸收能力，波长为463nm的光对此材料具有最高的激发能力。用此材料作为发光层制备了ITO/PPV-Q/Al结构的电致发光器件，发光光谱的中心波长

2、为670nm，发光光谱的半高全宽为90nm左右。在不同驱动电压下，器件电致发光的色坐标（x=0.67,y=0.32）基本上没有变化,是一种深红色的电致发光。器件中的电流随驱动电压的增加而明显增强，导致器件稳定性的降低。关键词有机电致发光；有机电子学中图分类号：O433;O469文献标识码：ADOI：10.3964/j.issn.1000-0593(2010)02-0301-03引言 信息显示是整个信息技术的重要组成部分，人类社会的信息化对显示技术提出了越来越高的要求，既要求显示的多样化，又要求实现图像画面的高保真度。伴随着信息革命的进一步深入，迫切的社会需求促进了信息显示技术的蓬勃发

3、展。有机电致发光是当前平板显示技术的前沿，具有全固化、主动发光、反应快、视角宽、清晰度高等优点，但是有机器件的发光效率要受到自旋选择定则的限制1-4。美国科学杂志将有机电子学取得的进展列为2000年十大科技成果之一。同一年诺贝尔化学奖授予了黑格尔、麦克迪亚米德、白川英树等人，奖励他们在有机电子学、有机/聚合物研究方面取得的重大突破。因此人们有理由相信，随着有机电子学研究的深入，有机电子器件制备工艺的完善，一个新的时代有机电子时代必将到来。用于有机电致发光器件的材料可分为载流子传输材料，发光材料和电极材料。有机电致发光来源于从正极注入的空穴与负极注入的电子在有机发光层中的复合而产生的激子，激子去

4、激发过程产生发光5,6。要获得高亮度、高效率的有机电致发光器件，合成具有高载流子迁移率的有机发光材料是一种非常有效的途径。我们研究了在有光照射和黑暗条件下制备的Alq3薄膜的光电特性，发现在光照条件下薄膜具有高的载流子输运能力7。有机分子在衬底上的不同排列方式将影响薄膜内部载流子的输运情况，它直接影响电致发光器件的载流子平衡、器件的发光效率等关键问题。Sentein小组发现取向后的共轭聚合物中电子迁移率可以提高4倍8。聚合物中载流子迁移率的增大可以在很大程度上提高聚合物光伏器件和电致发光器件的效率。英国剑桥大学卡文迪什实验室的研究小组报导了聚噻吩晶体中分子主链的两种取向方式：侧立(edge-o

5、n)和平躺(plane-on)。中国科学院长春应用化学研究所杨小牛通过使用可控溶剂气氛处理的方法，成功制备出由聚噻吩平躺片晶构成的大面积均匀薄膜，聚合物主链垂直基底取向9。这种垂直于衬底的分子排布方向，为解决该方向上电荷难以传输的难题提供了一种有效的解决途径。合成新的有机材料也是解决有机聚合物材料载流子传输性能的有效途径，本论文合成了一种新型的聚合物发光材料，研究了这种材料的电致发光、光致发光、吸收光谱等特性。1实验1.1聚苯乙烯喹啉的合成 实验中使用的原始材料为：2,6-二甲基喹啉，N-溴代丁二酰亚胺，过氧化苯甲酰，亚磷酸三乙酯，对苯二甲醛，叔丁醇钾（sigma公司产品），均为分析

6、纯试剂。其合成路线如图1所示。Fig.1SyntheticrouteofPPV-Q 经过多步提纯之后得到棕红色固体聚苯乙烯喹啉，它难溶于水和大部分有机溶剂，但可溶于甲酸溶液，材料具有较好的化学稳定性。将聚苯乙烯喹啉溶入甲酸溶液，配制成浓度是5%的聚苯乙烯喹啉溶液，该溶液成膜性能好。1.2ITO/PPV-Q/Al器件制备 实验中用到的ITO玻璃的方块电阻为60欧姆方块-1，在使用之前用洗涤液清洗，再依次经过酒精、丙酮及去离子水超声清洗，去掉ITO表面的污物。甩膜之前，用氮气吹干，并经臭氧处理8min以提高阳极的功函数。将配制好的溶液旋涂于清洗干净的ITO玻璃片和石英衬底上，自

7、然风干后便得到发光层薄膜。将旋涂在ITO沉底上的聚合物薄膜放入热蒸发仪器中，制备厚度大约为100nm铝电极。测量器件的电流-电压（I-V）特性及在不同电压下的电致发光（EL）谱。光致发光及电致发光谱均是通过SPEX-Flouolog荧光光谱仪测得的，I-V特性曲线由Keithley电源纪录。2结果与讨论 利用旋转涂膜的方法在洁净的石英玻璃上制备了聚苯乙烯喹啉薄膜，利用吸收光谱仪测量了薄膜的吸收光谱，如图2所示。聚苯乙烯喹啉在300500nm之间有比较强的吸收，从吸收光谱上分析，聚苯乙烯喹啉在406nm处吸收最强。吸收是发光的前提，只有对短波长的光吸收比较强，才有可能发出长波的光。Fi

8、g.2AbsorptionspectrumofPPV-Qthinfilm 我们进一步研究了聚苯乙烯喹啉的光致发光。选用406nm的光激发聚苯乙烯喹啉薄膜，得到了如图所示的光致发光光谱。聚苯乙烯喹啉的光致发光波长位于670nm附近。通过监测670nm发光强度随激发波长的变化，测量了聚苯乙烯喹啉的激发光谱，如图3中所示。发现此种材料的最有效的激发波长位于463nm，而不是吸收光谱中吸收最强所对应波长的光。这说明在短波长条件的激发下，处于激发态的分子有可能通过别的去激发过程而使荧光猝灭掉了，为此我们又研究了聚苯乙烯喹啉薄膜的电致发光性能。Fig.3Photoluminescenceexci

9、tationspectrumandphotoluminescencespectrumofPPV-Qthinfilm 图4给出了不同驱动电压下器件的电致发光光谱，从图中可以看出，当驱动电压为12V时，就可以得到比较好的电致发光光谱，器件的发光亮度随驱动电压的增加而明显增强。聚苯乙烯喹啉的电致发光光谱具有较宽的半高全宽（90nm）,发光波长在650690nm范围内，发光强度基本相当，器件发光呈现深红色。根据器件的电致发光光谱中的数据，计算了不同驱动电压下器件电致发光的色坐标为（x=0.67,y=0.32）。Fig.4EelectroluminescencespectraofITO/PPV

10、-Q/Alunderdifferentdrivingvoltage1:12V;2:14V;3:16V;4:21VFig.5Current-voltagecharacteristicsofITO/PPV-Q/Al 器件的电流-电压（I-V）测试结果如图5所示，器件中的电流随驱动电压的增加而明显增强。同时从图4中也可以看到器件发光亮度也随驱动电压的增加而增加，但电流的迅速增加导致器件中的焦耳热也迅速增加。器件在大电流的条件下，正常工作的时间也迅速降低。在实验中，我们发现由于焦耳热的增加可导致ITO玻璃片断裂。目前我们正在研究降低器件焦耳热的有效途径，从而可以提高器件的工作寿命。3结论本文

11、成功地合成了一种溶于甲酸的有机电致发光聚合物材料聚苯乙烯喹啉，研究了其吸收光谱、激发光谱、光致发光及电致发光的性能。证实聚苯乙烯喹啉是一种较好的深红色发光的光致发光及电致发光材料。这种材料在紫外和蓝绿光区对光有较强的吸收，通过对其结构进行化学修饰，有望将这种材料应用于有机太阳能电池的研究中。参考文献1ZhangFJ,VollerA,ZhangJ,etal.OrganicElectronics,2007,8(5):606.2CoeS,WooWK,SteckelJS,etal.OrganicElectronics,2003,4:123.3ZhaoJL,ZhangJY,JiangCY,etal.J.

12、Appl.Phys.,2004,96:3206.4ZhaoJL,BardeckerJA,MunroA,etal.NanoLett.,2006,6:463.5ZHANGFu-jun,XUZheng,HUANGJin-zhao,etal(张福俊，徐征，黄金昭，等).SpectroscopyandSpectralAnalysis(光谱学与光谱分析),2006,26(8):1403.6BaldoMA,LamanskyS,BurrowsPE,etal.Appl.Phys.Lett.1999,75:4.7ZhangFJ,XuZ,WangYS,etal.J.Phys.D:Appl.Phys.,2007,40

13、:4485.8SenteinC,FioriniC,LorinA.Adv.Mater.,1997,9:809.9LuGH,LiLG,YangXN.Adv.Mater.,2007,19:3594.ResearchontheSynthesisandLuminescenceCharacterizationofDeepenRedEmissionNovelPolymerCHENGZhi-ming1,XUZheng1*,FUQiang2,ZHAOSu-ling1,ZHANGFu-jun11.KeyLaboratoryofLuminescenceandOpticalInformation(BeijingJia

14、otongUniversity),MinistryofEducation，Beijing100044，China2.CollegeofPhysics,LiaoningUniversity,Shenyang110036，ChinaAbstractAdeepredemissionpolymer(PPV-Q)wassynthesizedsuccessfully.Thephotoluminescence,electroluminescenceandabsorptionperformanceofthispolymerwerestudiedindetail.Theexperimentalresultssh

15、owthatthepolymerhasstrongabsorptionintheultravioletandblueemissionwavelengthregion.Theeffectiveexcitationwavelengthisabout463nm.Theorganicemittingdiodesbasedonthepolymerastheactivelayerwerepreparedwiththedevicestructure:ITO/PPV-Q/Al.Theelectroluminescenceofthesedeviceswasobtainedandthepeakemissionwavelengthisabout670nm;theelectroluminescencespectrahavethefullwidthathalfmaximumofabout90nm.TheCIEcoordinateremainsconstantat(x=0.67,y=0.32)withoutchangewiththeincreaseindrivingvol