聚芴类光电材料发光颜色稳定性与分子聚集的机理研究

Polyfluorene with wide bandgap become one of the most commercial potential blue light-emitting materials due to its high solid quantum efficiency, good charge-carrier transmitting ability and better thermal stability. It attracted wide attention in plastic electronic field. However, the stability of blue light-emitting material，that is the origin of green band, has been the key problem affecting the performance and application of the device. At present, there are still many problems needed to be studied theoretically. In this project, based on molecular dynamics simulation and quantum chemistry, we will perform theoretical studies on the origin of green band. Our studies will pay substantial attentions on the following aspects: (a) the packing modes of polyfluorene in solutions and film, (b) the effect of different packing modes on the origin of green band, (c) the key packing modes affecting the origin of green band, (d) the effect of solvent, solution concentration, substituents, intermolecular interaction and annealing treatment on molecular aggregation, (e) the key factors affecting the origin of green band. Combining with our theoretical study, we will summarize the correlation between molecular aggregation modes and the origin of green band. The development of this project provides an important theoretical guidance for the preparation of high performance of blue light-emitting polyfluorene materials and provide scientific basis for inhibition and ultilization of green band.

宽带隙的聚芴类材料因其高的固态量子效率、良好的载流子传输能力和较好的热稳定性，成为最具商业潜力的聚合物蓝光半导体材料之一，并受到塑料电子领域广泛关注。然而，其蓝光发射不稳定性即绿光带的起源问题，一直是影响其器件性能和应用的关键问题。目前，其发光机制的理论研究尚有许多问题需要深入。本项目运用分子动力学模拟和量子化学方法对聚芴绿光带的起源进行理论研究，探索其在溶液和薄膜中的聚集方式，分析不同聚集方式对绿光带的影响，找出影响绿光带的关键分子聚集方式，探讨溶剂、溶液浓度、取代基、分子间相互作用和退火处理对分子聚集方式的影响，揭示影响绿光带的关键因素，总结出分子聚集方式和绿光带之间的内在关联。项目的开展为设计和制备高稳定性蓝光聚芴材料提供重要的理论指导，为进一步抑制或利用绿光带提供重要的科学依据。

聚芴半导体广泛应用于有机光电器件中，是最有潜力的蓝光材料之一，受到塑料电子领域的广泛关注，然而，其蓝光发射不稳定性一直是影响其器件性能和应用的主要因素，因此，从分子水平探讨聚集对聚芴发光材料结构和性能的调控作用，具有重要的意义。.本项目结合实验，综合运用分子动力学模拟、量子力学/分子力学方法(QM/MM)，系统地研究了凝聚相中分子的聚集方式，探讨了取代基、分子间作用力和退火处理对聚集方式的影响，分析了分子聚集对基态和激发态电子结构和光物理性质以及吸收/发射光谱的影响，利用结构修饰和退火处理诱导低聚芴聚集方式发生改变，从而调控了半导体材料的吸收/发射光谱。项目的开展为优化材料性能，制备新蓝光聚芴材料提供理论信息。还与实验者合作研究了其它共轭发光材料的光电性能。.结果发现，凝聚相中由于分子间存在非键作用力，使得低聚芴主要采取尾对尾（TT）和尾对中间（TM）两种聚集方式，尾对尾聚集中，芴骨架主要采取平行滑移的PD堆积模式，尾对中间聚集中，芴骨架主要采取平行滑移PD和T-形堆积模式，烷氧基侧链OC8H17和大立体位阻的SFX基团的协同作用下使得低聚芴2O8-DPFOH-SFX的外消旋体展示出不同于内消旋体的光谱性质。外消旋体的吸收光谱有一个肩峰，其发射光谱发生明显红移，这主要是由于外消旋体采取了-形堆积模式，不同于内消旋体的X-形堆积模式，这种堆积模式提高了平面分子构象含量，导致了光谱的变化。.通过分析气相和固相中激发态的辐射和无辐射跃迁，发现在固相中低频振动模式被有效压制，这些被压制的模式主要是芴单元之间的面外扭曲振动，说明固相中分子聚集很好的压制了无辐射跃迁，提高了发光效率，这进一步表明芴单元之间的扭转在控制低聚芴光物理性质方面至关重要。这些理论研究预示着未来可以通过分子设计来抑制这些面外弯曲振动进一步提高低聚芴材料的发光效率。 . .