有机长余辉材料的设计、制备及在光电器件中的应用

The excited state lifetime manipulation of organic optoelectronic materials is one of the pioneering research fields in organic electronics. The generation, transformation, transfer and deactivation processes of excited states are closely related to the optical and electronic properties of organic materials, and are crucial factors in determining the organic afterglow emission. Here, focusing on the structure-property relation exploration of excited states’ structures and evolutions, this project will investigate both theoretically and experimentally the optical process and mechanism of organic afterglow on basis of organic solid luminescence theories. The improved emission efficiency and elongated lifetime of organic afterglow materials are desired for the high-performance device applications of organic afterglow. This project not only can provide a new way for rational molecular design and device application of organic afterglow materials, but also may revolutionize the understandings of the excited state evolution of organic optoelectronic materials and eventually, impact significantly the progress of organic electronics.

有机光电材料激发态寿命的调控是当前有机电子学领域的前沿研究课题，所涉及的激子生成、转化、转移与失活等过程是产生有机长余辉现象的关键。本项目拟深入研究有机余辉分子独特的光物理过程和发光机制，围绕材料结构和性能之间的内在关联、激发态结构及其演变基本规律，阐明长余辉发光及与单分子和聚集态结构的具体关系，发展和完善具有超长激发态寿命的新型有机长余辉光电功能材料的分子结构设计方法和理论，设计制备单组分小分子、高分子和多组分复合物三类纯有机长余辉材料，进一步提高材料的发光效率和激发态寿命，获得高性能的基于长余辉材料的新型器件应用，建立有机分子激发态寿命调控和器件应用的基本原理和方法。本项目的实施，不仅可以为有机长余辉材料的理性设计和器件应用开辟道路，也有助于深入认识有机光电材料激发态的演变过程和调控规律，对有机光电子学、光电功能材料及器件物理学的发展都将会产生深远的影响。

有机光电材料激发态寿命的调控是当前有机电子学领域的前沿研究课题，所涉及的激子生成、转化、转移与失活等过程是产生有机长余辉现象的关键。本项目深入研究了有机余辉分子独特的光物理过程和发光机制，发展和完善具有超长激发态寿命的新型有机长余辉光电功能材料的分子结构设计方法和理论，设计制备新概念有机长余辉材料，获得高性能的基于长余辉材料的新型器件应用，取得较好进展：（1）首次报道上转换型有机长余辉，制备出近红外光激发的非线性有机长余辉材料；（2）发展出高效率、长寿命的水刺激响应型深蓝有机长余辉材料，实现将水响应特性和有机余辉特性相结合的高效防伪复写纸；（3）开发出刺激响应圆偏振有机长余辉发光材料，首次测得有机手性长余辉的不对称性因子；（4）通过增强“H”聚集体中的X射线吸收来实现X射线激发的有机长余辉，首次报道高性能X射线激发有机长余辉闪烁体材料；（5）设计开发动态自调节有机超长室温磷光材料，解决了有机室温磷光材料发光效率和寿命不能同时提高的矛盾；（6）基于开发的新型有机长余辉材料，构筑了高性能的电致发光器件，其中蓝光器件的外量子效率达到31.2%，白光器件的最大外量子效率超过23%，最大亮度超过10000 cd/m2；数据加密器件实现了寿命、发光颜色、温度依赖的多模式新型数据加密器件。经过四年的持续努力，研究计划执行良好，研究进展顺利并取得了较好的研究成果。总结发表28篇高质量SCI 论文，其中，在Nature Communications 发表 论文2篇，在Angewandte Chemie-International Edition 发表3篇，在Advanced Materials发表1篇。申请授权中国发明专利5件；培养项目成员6名硕士研究生顺利毕业，其中1人获得国家奖学金，1人获得江苏省优秀研究生。本项目设计开发的几类新型具有特殊刺激相应性有机长余辉材料具有较好的潜在应用前景，项目组与中石化南化集团研究院合作成功申报了中石化系统的应用开发项目，探索有机长余辉材料在高性能纤维材料中的应用，致力开发新型材料在国民经济领域的应用潜力。