苯并噻唑类蓝色热激活延迟荧光材料的合成及光电性质开题报告

有机电致发光器件（Organic light-emitting diodes，OLEDs）具有能耗低、色彩丰富、响应速度快以及可制备柔性器件等特点，是具有发展前景的新型平板显示和固体照明技术。20世纪80年代，Tang和VanSlyke开创性地制备了超薄多层电致发光二极管。之后，有机发光二极管(OLED)在平面显示和照明等领域的潜在应用受到人们广泛的关注。

近年来，OLED技术飞速发展。2001年，索尼公司研制成功13英寸全彩OLED显示器，证明了OLED可以用于大型平板显示；2002年，日本三洋公司与美国柯达公司联合推出了采用有源驱动OLED显示的数码相机，标志OLED的产业化又迈出了坚实的一步；2006年，柯尼卡美能达技术中心开发了1000cd/m²初始亮度下发光效率为64lm/W、亮度半衰期约1万小时的OLED白色发光器件，展示了OLED在大面积平板照明领域的前景；2007年，日本索尼公司推出了11英寸的OLED彩色电视机，率先实现OLED在中大尺寸、特别是在电视领域的应用突破，除了在显示领域的应用，白光OLED作为一种新型的固态光源也得到了广泛关注。但是，根据目前对OLED的研究进展分析，基于荧光发射材料的第1代OLED仅仅利用了单重态激子发光，其内量子效率(IQE)只有25%。基于贵金属包含的磷光发射材料的第2代OLED通过贵金属与其配体间的自旋轨道耦合（SOC）综合利用单重态（25%）和三重态（75%）激子，IQE可达100%，但磷光发射材料仍存在一些问题，如Ir、Pt等金属价格昂贵，OLED在高电流下会出现效率滚降现象，要求高效且稳定的制备技术难度较大。面对如此迫切的形势，人们尝试各种方法来提高荧光OLED的单重态激子产率，其中一种方法成为该领域的研究热点——热激活延迟荧光（TADF）。

热活性延迟荧光(TADF)材料具有小的单重态-三重态能级差(?E_ST), 因此三重态激子可以通过反向系间窜越(RISC)转变成单重态激子发光，该类材料能够充分利用电激发下形成的单重态激子和三重态激子，使其器件的内量子效率理论上可以达到100%，媲美磷光材料，远远高于传统荧光材料的25%。在TADF材料发展史上存在一些重大研究进展。1961年，Parker和Hatchard首次在四溴荧光素中发现TADF现象；1980年，Blasse和McMillin首次合成出金属Cu(I) 掺杂的TADF 化合物；1996年，Berberan-Santos和Garcia实了在富勒烯中有延迟荧光，首次利用氧气和温度探测到TADF现象；2009年，Endo等人首次把Sn(IV) 包含的TADF材料应用于OLED器件，并测试了其光电性能；2012年，Uoyama 等人报道了利用2,4,5,6-四( 9-咔唑基)-间苯二腈制备出超过90%的内荧光效率和20%左右的外发光效率的OLED；同年，Adachi课题组取得重大突破，把TADF基OLED的外量子效率(EQE)提高到19.3%±1.5%，打破了荧光OLED的极限，接近磷光OLED；接着他们又成功合成了从蓝光到红光的TADF材料，其中蓝光和绿光TADF基OLED的EQE分别达到了19.5%和17.5%，显示出替代贵金属磷光材料的巨大潜力；2014年，Kim和Lee采用混合主体(9,9'-(1,3- 苯基)二-9H-咔唑(mCP)和3,3",5,5"-四(3-吡啶基)-1,1':3'1"-三联苯(BmPyPb))，得到基于4CzIPN的绿光TADF OLEDs的最大EQE为28.6%，采用4,6-二(3,5-二-3-吡啶苯基)-2-甲基嘧啶(B3PYMPM)取代BmPyPb作共主体的OLED在较低开关电压3.0 V时能进一步把最大EQE提高至29.6%，最大电流效率为94.5 cd/A；2015年，Kippelen课题组用5%(质量百分比)4CzIPN掺杂新的双极性主体材料 mCPSOB 制备蓝光TADF OLED，电致发光效率为81 cd/A，EQE高达26.5%，在10 cd/m²时只需较低的激发电压(3.2 V)，在高电流密度时仍然有较高的效率，在1000cd/m²时仅减小到21.5%；2016年，刘振等人报道了以DMAC-DPS作为器件的发光层，制备了结构简单的非掺杂型高效蓝光器件，其最大外量子效率是14.3%，最大功率是26.8 lm W^-1，并进一步以DMAC-DPS为主体材料，蓝色荧光材料2,5,8,11-四-叔-丁基苝(TBPe)为客体材料，制备了高效的TADF材料敏化蓝光器件，器件的最大外量子效率为12.7%，最大功率效率为22.9 lm W^-1；2017年，Chih-Chun Lin等人研制了高效的TADF材料敏化蓝光器件，该器件的最大外量子效率为31.8%；2018年，中山大学池振国课题组通过结合无浓度淬灭的黄光TADF染料OPDPO与蓝光TADF染料DMAC-DPS，首次实现了非掺全TADF OLED器件的制备，其中黄色和蓝色TADF发光层紧密堆叠在一起，器件最大外量子效率高达19.8%。

目前，高效的TADF材料通常具有分子内电荷转移(ICT)效应的双极分子。通过将HOMO与LUMO轨道分别定域在电子供体集团(D)和电子受体集团(A)上，已获得较小的ΔE_ST。但是，强烈的ICT效应往往会导致发光波长的红移。因此，高效的纯蓝光是TADF材料在设计与合成上的一个难点；目前，大多数高效蓝光材料多为天蓝光和深蓝光。对于，红光材料，ΔE_ST的减小会导致荧光辐射率(k_f)降低。随着发射光谱的红移，由于能隙规则的影响, 在非辐射内转换速率(k_IC)增加的同时，光量子产率 (Φ_PL)会降低。因此，对于高效纯红光TADF材料的设计与合成是另一大难点。由于，绿光材料介于蓝光与红光材料之间，能隙规则与ICT效应可以得到较好的平衡。在RGB中，绿光材料的研究更为透彻也更加完善。

由于目前TADF材料的理论还未完备，分子设计方面还存在着诸多不确定因素以及可研究性，以TADF材料制备的器件性能仍有待进一步加强。因此，设计并合成新的TADF材料具有十分重要的价值。

本文参考了TADF材料的相关设计思路，以苯并噻唑为受体材料，咔唑为供体材料，合成了具有D-A结构的有机小分子及表征产物结构，并对此产物光电性能进行初步评价。希望能发现一种新的具有优良光电性能以及结构稳定的TADF材料，为TADF材料的设计与发展提供一定参考。

本论文要求学生在查阅文献的基础上，设计合成一种基于苯并噻唑的蓝色热激活延迟荧光材料。研究确定具体的合成工艺条件，对产物的的结构进行表征，并对其基本的光电性能进行评价。具体研究内容如下：

1、利用现代科技文献的查阅方法和手段，如Internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究光电功能材料的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行综合、分析、研究。在此基础上，设计合成基于苯并噻唑的蓝色热激活延迟荧光材料，拟定出具体实验方案，写出开题报告。

2、查阅文献，设计合成路线，确定具体合成条件，合成出一种基于苯并噻唑的蓝色热激活延迟荧光材料，通过实验训练培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研能力。

参考合成路线如下：

1、对合成的产物结构进行表征（¹H NMR、IR、元素分析等）。

2、对所合成的产物光电性能进行初步的评价。

本课题的预期目标是在查阅文献的基础上，设计合成一种苯并噻唑类结构单元的有机光电功能材料，研究确定具体的合成工艺条件，对产物的的结构进行表征，并对其基本的光电性能进行评价。

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