聚合物发光颜色的调节方法

【中心议题】

•        *论述了聚合物发光颜色的调节方法
•        *阐述了各种方法的原理

【解决方案】

•        *取代基调节
•        *掺杂调节
•        *共聚调节

聚合物发光颜色取决于聚合物的π-π*带能隙,能隙越大,发光波长越短,蓝移越明显。与无机发光材料相比,聚合物发光材料的一个重要优势就是它的发光波长易于调节,目前发光聚合物的发光颜色己经覆盖整个可见光范围。聚合物发光波长的调节方法主要有以下几种:

1 取代基调节

聚合物共轭链上引入一定的取代基,当取代基由于其电子效应或空间效应而影响到主链的共轭长度时,聚合物的禁带宽就会发生变化。通过改变取代基的种类、体积大小可以使聚合物的发光从蓝色到红色产生变化。取代基对共轭聚合物的能隙影响主要有两种:一是改变共轭的电子云密度。如当3位被烷基或烷氧基取代时,其发光波长与无取代基聚噻吩相比均有不同程度的红移。二是取代基的空间效应对共轭链的长度影响。如聚对2,5-二乙氧基苯中,乙氧基虽然为供电子基团,但其空间效应会使共轭平面发生扭曲,使有效共轭长度变短,能隙将变大,最终导致发光蓝移。因此能隙的增减取决于两者的综合效应。

2 掺杂调节

掺杂调节是将发光颜色不同的有机小分子染料掺杂到聚合物中,从而使聚合物发光层中含有多种发光中心,可以用电压来调节器件的发光波长。这种方法已经成为调节发光波长的一种非常简便和有效的方法。小分子染料以分子水平分散在不易结晶的聚合物中,可以克服小分子重结晶问题。掺杂染料的多样性使得掺杂型体系材料的选择范围更加广泛,调节发光颜色也相对容易。Zheng等将荧光染料Coumarin (香豆素,绿光)掺杂到聚乙烯咔唑(PVK)中,随着掺杂浓度的不同发射峰在445nm与472nm之间变化,从而使发光波长得到调节。Mizokuro等利用橙色染料4-(二巯基亚甲基)-2-甲基-6-(对二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM)掺杂到本身发射蓝光的9,9-二辛基聚芴中,随着DCM浓度的增加,溶液的荧光由黄色变为淡黄色,最终得到了发射白光的PLED材料。

3 共聚调节

作为有机半导体的共轭聚合物,其导带和价带分别是沿聚合物链离域的π和π*分子轨道,一般有较强的荧光,而且π-π*能隙数值与可见光能量相当。通过与其它单体共聚,可以改变π-π*的能隙,从而对发光颜色进行调节。这是聚合物发光颜色调节的最常用的方法之一。聚合物基本采用Suzuki偶联反应、Yamamoto缩聚反应以及Stille偶合方法得到,其中Suzuki偶联反应用得较多。DOW公司对芴的共聚物类发光材料做了大量研究,通过调节其它单体与芴的比例,实现了对共聚物最大发光波长的调节,使芴的发光材料更加实用化。