《分子内非共价作用调控实现高性能OLED红光材料》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2021-12-02
  • 有机发光二极管 (OLED) 作为新型显示技术已经在高端手机、平板电脑、智能穿戴和电视等领域获得了广泛应用。高效稳定的三原色有机发光材料是OLED产业的核心材料,其中受限于能隙定律的快速非辐射衰减过程,高效率红光材料的发展始终面临挑战。另外,红光和近红外光(NIR)有机材料和器件在信息安全、生命健康等重要领域也具有广泛的应用。因此,开发具有应用前景的长波长发光材料一直受到学术界和产业界的特别关注。目前,在发展可替代铱配合物的掺杂红光材料研究中仅有少数关于单核磷光铂配合物和纯有机热激活延迟荧光(TADF)的报道。然而,这些发光材料通常具有较长的激发态寿命,导致器件在高亮度下具有严重的效率滚降和使用寿命问题。另一方面,无论是基于金属配合物的磷光还是纯有机TADF在掺杂NIR-OLED上都面临发光效率低的难题,比如在700 nm以上的波段范围内,外量子效率(EQE)>10%的报道仍然很少。

    具有金属-金属作用的过渡金属配合物已经被证明可产生高辐射速率的三重态激发态,有关其机理的研究已经有近三十年历程。近年来,铂配合物的聚集体用于红光和近红外OLED也证实了这一原理用于OLED的可行性。然而,聚集体发射需要采用高浓度掺杂或者非掺杂的发光层、且其发光性质严重依赖于分子固体的堆积模式,对严格控制器件的制造条件和优化提出了挑战,目前的研究表明该类型器件可能面临严重的使用寿命问题。

    针对上述挑战,深圳大学杨楚罗教授和李凯助理教授团队设计合成了一种新型的双核铂配合物,通过刚性分子桥强化分子内金属-金属作用,实现了不依赖于分子间堆叠的高性能的红光和近红外光OLED。源于分子内的强Pt-Pt和π-π作用,该类材料体系具有良好的热稳定性,与四齿配体铂配合物相当,其红光和NIR光致发光效率分别超过60%和40%、且发光寿命短至1微秒左右。作者采用传统掺杂工艺基于这类材料制备了蒸镀型红光和近红外光OLED器件,其外量子效率分别达到23%和15%,且效率滚降和器件寿命均有良好的表现,有望替代目前产业上普遍使用的红光铱配合物,展现了该类材料的应用前景。

  • 原文来源:https://www.x-mol.com/news/735846
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-09-04
    • 热电材料的载流子浓度是其电-热转换效率的决定性因素之一。然而,热电材料的最佳载流子浓度并不是一个定值,而是随温度而变化。因此,传统的掺杂方式并不能实现热电材料在全工作温区内的载流子浓度优化。近年来的研究表明,含有“动态原子”的化合物往往表现出奇异的电热输运性能,比如具有类液态Cu子晶格的Cu2Se化合物,以及具有金属-绝缘体转变的VO2化合物等。热电(温差电)性能由电、热输运性能共同决定,因此是研究“动态原子”作用的理想体系。并且在理解“动态原子”作用机理的前提下,有望利用其对热电性能进行宽温域优化。 动态原子行为示意图:(a)低温下体系由PbSe基体及富Cu第二相构成; (b)随温度升高Cu原子逐渐进入晶格间隙形成动态n型掺杂; (c)高温下晶格间隙中的Cu剧烈振动,极大地降低了材料的热导率。 最近上海大学骆军教授课题小组利用“动态原子”对热电化合物的电热输运性能进行了调控。他们首先设计并构建一个包含基体(PbSe)和第二相的相分离体系,并利用温度升高过程中第二相的逐渐溶解在基体中引入了间隙原子,从而实现了在全温区范围内对载流子浓度的优化(见上图)。在该材料体系中,间隙Cu离子表现出“动态”特征,并且可以提供1个电子,实现对基体的n型掺杂。首先,在低温下,富Cu第二相可视作原位掺杂源,随着温度升高,Cu在PbSe中的固溶度逐渐增大,Cu离子不断从富Cu第二相动态进入到PbSe的晶格间隙,从而载流子浓度随温度升高而渐进式增加,实现了宽温区的载流子浓度优化,因此功率因子显著增大。其次,Cu的添加在材料中引入晶格缺陷,同时位于晶格间隙的Cu在高温下剧烈振动导致低频光学支声子的出现,从而实现了多尺度声子散射,因此晶格热导率显著降低。间隙Cu原子的动态掺杂效应和多尺度声子散射的协同效应,使得Cu掺杂n型PbSe的热电性能大幅度提高,最终得到了高达1.45的热电优值。 该研究不仅深入揭示了动态掺杂对材料电热输运性能调控的微观机理,同时还证明了“动态原子”可作为优化热电材料性能的有效手段。该工作由上海大学骆军教授、张继业副研究员、杨炯教授和南方科技大学张文清教授等共同完成,上海大学为第一单位,材料学院博士生游理为第一作者,相关研究结果发表在Energy & Environmental Science 2018, 11, 1848-1858(影响因子30.067)。该工作得到国家自然科学基金重点项目、面上项目和上海市科委研发平台专项等课题的资助。
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    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2024-06-05
    • 有机室温磷光(RTP)材料在信息加密、防伪、生物成像以及化学传感等领域具有非常广阔的应用前景。然而,如何高效构建具有长寿命、高量子效率以及耐水环境等性质的高性能RTP材料是一个棘手的科学问题。该问题的有效解决不仅将有助于推动先进光学材料的发展,也将大大拓展RTP材料的实际应用。 近年来,中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室智能高分子材料团队陈涛研究员和路伟研究员一直致力于利用超分子动态相互作用力可控构建复合发光材料及其在信息存储与加密、伪装与防伪等方面的应用研究。近日,该团队受邀与唐本忠院士在 Advanced Materials 上发表了题为“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的综述,系统总结了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序高性能RTP材料的研究进展(图1)。 文中,作者重点介绍了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序发光体对实现高性能RTP发光的重要作用,包括促进系间窜越,增加自旋轨道耦合,有效降低非辐射能量耗散以及形成淬灭剂屏障等。因此,相比较于无序的发光体系,紧密有序的发光体系往往具有更加优越的RTP性能 (图2)。一方面,超分子动态相互作用力赋予材料体系良好的动态性和可逆性,形成紧密有序的发光体,有利于形成可靠屏障以有效降低氧气、水等淬灭剂的影响,获得其他方法难以实现的水相磷光;另一方面,多重超分子动态相互作用的调控作用不仅有利于实现光学性能的可控,而且有助于大大提升材料在发光量子效率、寿命等方面的性能。 结合近年来领域内的代表性研究工作,作者首先系统总结了利用超分子动态相互作用力构筑有序RTP体系的方法。具体的构筑策略包括:(1)多重氢键、π-π堆积以及范德华力等超分子动态相互作用驱动发光小分子自发形成紧密有序的发光体;(2)利用静电、离子键、亲疏水等超分子动态作用力调控发光聚合物形成刚性、有序的发光体;(3)受限环境(刚性聚合物网络、囊泡、大环主体、纳米黏土等)介导的分子自组织,构筑有序的发光体系。详细归纳、总结了利用这些策略所制备的有序RTP材料在磷光寿命、量子效率以及耐水环境等方面的突出性能。其次,仔细回顾了有序RTP材料在生物成像、光电器件与余辉显示、信息加密与防伪以及化学传感等方面的重要应用。作者在文中强调,有序RTP材料在水环境中优越的发光性能为高信噪比的生物成像以及化学传感等应用提供更大的可能性;有序RTP材料的长寿命、高量子效率以及丰富的光学可调性等优点也有助于获得高性能光电器件,为光学显示提供额外的时间维度,提升信息加密与防伪的安全等级。最后,作者对研究现状进行总结,讨论了领域中存在的研究问题,并对未来的发展方向进行了展望。 图1 高性能有序RTP的构筑策略及应用 图2 无序与有序RTP的发光机理对比