有机电致发光变色材料的设计、合成及其器件应用

Recently, smart-responsive organic optoelectronic materials, which are sensitive to external stimuli, have become a new direction in research area of organic optoelectronics. Among various kinds of stimuli, electric field is an important stimulus. Current research focuses on the optoelectronic materials exhibiting tunable conductivity or absorption properties induced by electric field. The reports about materials with tunable luminescent properties induced by electric field, namely electrochromic luminescent materials, are very few, which lack effective design strategy. In this project, we will design and synthesize organic and polymeric electrochromic luminescent materials and devices based on phosphorescent transition-metal complexes. First, new and effective design strategies will be provided. That is, various electric-field-sensitive moieties are incorporated into the skeletons of materials. Utilizing their sensitivity to electric field, the excited-state and luminescent properties will be tuned effectively. Then, a series of excellent electrochromic luminescent materials will be developed through the structural optimization. Furthermore, these materials will be used for the fabrication of flexible multidimensional optical information recording and memory devices taking advantages of the multiple optical output signals (such as wavelength, intensity and lifetime) and polymers (such as large-area solution process and flexibility). Utilizing the advantageous long phosphorescent lifetime, which can differentiate the phosphorescent signal from background interference signal through time-resolved luminescent microscopy, information protection techniques will be developed and improved. We wish that the design and operating principles of these materials and devices will be clarified by combining theoretical calculations and experimental methods, which will lay a solid foundation for the future materials design and device applications based on smart-responsive optoelectronic materials.

近年来，对外界刺激敏感的智能响应型有机光电材料成为有机光电子领域研究的新方向。电场是一种重要的外界刺激方式，但目前的研究主要集中于电场诱导材料电阻态或吸收光谱变化，而电场诱导材料发光性质变化的报道却非常少，缺乏有效的材料设计策略，应用研究也还处于起步阶段。本项目旨在实现基于磷光金属配合物的有机聚合物电致发光变色材料与器件。首先，提出具有普适性的材料设计原理，使其发光性质实现电场的有效调控，并通过结构优化发展性能优异的材料体系；其次，利用发光信号输出方式多（波长、光强、寿命等）以及有机聚合物材料可大面积成膜、柔性弯曲等优点，制备多维度柔性有机信息记录与存储器件；进一步，利用磷光发光寿命长的特点，通过时间分辨成像区分背景干扰光和磷光信号，发展信息安全保护技术。希望通过本项目的实施，阐明这类材料和器件的设计和工作原理，总结科学规律，为今后智能响应型有机光电材料的设计和器件制备奠定坚实的基础。

近年来，对外界刺激敏感的智能响应型有机光电材料成为有机光电子领域研究的新方向。电场是一种重要的外界刺激方式，但目前的研究主要集中于电场诱导材料电阻态或吸收光谱的变化，而电场诱导材料发光性质变化的报道却非常少，缺乏有效的材料设计策略，应用研究也还处于起步阶段。在本项目中，我们围绕电致发光变色金属配合物的设计、制备及其在有机信息记录与存储器件中的应用开展了一系列研究工作。首先，开发了一系列基于金属配合物的有机电致发光变色材料，通过器件结构的设计和优化，制备了性能优异的电致发光变色器件；其次，通过在器件中引入安全保护介质，发展了多维度有机信息记录与存储器件；进一步，利用磷光发光寿命长的特点，通过时间分辨成像技术，发展了信息安全保护技术；最后，我们结合理论计算和实验手段阐述了“材料结构－激发态性质－响应行为”之间的关系以及器件的工作原理，总结了其中的科学规律。通过本项目的实施，无论是从新型电致发光变色金属配合物的设计与制备还是从有机信息安全保护技术的发展来说，都取得了较好的研究成果，具有重要意义。在该项目的支持下，培养博士后、博士、硕士研究生20余名，并取得了一系列研究成果。已在Nature Communications、InfoMat、Advanced Materials等国内外权威期刊发表高质量论文21篇。获授权中国发明专利5项，另有10项中国发明专利已经公开。在本项目执行期内，项目负责人荣获国家自然科学奖二等奖（第三完成人，2018年）、江苏省高等学校科学技术研究成果奖（自然科学类）二等奖（第三完成人，2021），并入选江苏特聘教授（重点支持类，2019年）。