取向固定型盘状液晶作为有机光电材料的研究

源于分子能组装成有序相态的优势，盘状液晶材料被广泛地应用于有机光电器件中，因此盘状液晶材料的取向控制技术及取向固定技术孕育而生。本项目以多功能性的盘状液晶材料为研究出发点，通过有效地控制盘状液晶取向排列方式，并通过化学方法固定取向的排列方式，进而获得宽温度范围内稳定的、有序排列的盘状液晶材料。此类取向固定型盘状液晶材料的设计不仅考虑到了有序排列的长效稳定，还能充分地发挥盘状液晶易修饰、自组装、分子间电荷迁移率高等众多优势。不仅如此，本课题研究还将创新性地结合"点击化学"在能级可调、光吸收范围可调等优点，不断地扩展盘状液晶材料的应用领域。将所制备的新型盘状液晶材料联同所研究的盘状液晶取向控制技术、取向固定技术以及光电器件的制备工艺，拟研制的取向固定型盘状液晶光电器件，并综合评测其性能。揭示盘状液晶材料的化学结构、拓扑结构、排列方式等对光电器件整体性能影响的内在规律。

源于盘状分子的两大优势，包括π堆积自组装成有序相态的优势以及易形成激子，盘状材料被广泛地应用于有机光电器件中。在所有不同类型的自组装体系中，盘状分子特点较为独特，进而表现出优异的物理和化学性能，例如可以通过改变或者控制组装的尺寸、形貌、共轭等方法来控制材料的能带、迁移率、电荷转移等物性。为了研究自组装结构与光电性能之间的关系，我们首先设计并制备了多达10个多系列不同类型的盘状分子。我们设计的盘状分子包括芘类、卟啉类和苯并菲类衍生物。我们的设计还针对了其几何结构，包括对称和非对称结构等。在本研究中，我们还首次将点击化学与盘状分子的结构设计结合起来，更多的、新颖的分子结构被设计和研究。在分子设计过程中，我们设计了多种非共平面给电子基团，同时结合[2+2]点击化学试剂（TCNE/TCNQ/F4-TCNQ）引入的强吸电子基团，一种D-π-A结构被获得。所有的点击产物都能表现出极强的电荷转移效果，吸光范围不仅能够覆盖可见光区，甚至可以覆盖近红外区。点击后产物存在共同点的同时，也能够表现出自身特殊的作用，材料的电化学性能及相应的光物理性能也随着点击试剂的引入及差异产生了明显的变化。所有研究的结果都证明点击化学制备的材料均可称为窄带隙材料。这种后功能化与大π共轭体系的结合无疑将赋予盘状材料更优异的性能，本文研究证明其有效地增强了材料的三阶非线性光学性能。我们也探索了利用炔键扩大材料的共轭体系，还制备了包括非对称和对称体系芘类衍生物，这些材料表现出了强的荧光效果，发光范围包括蓝光和绿光范围。研究发现随着共轭体系的变化，材料的发光具有可调的特性。同时材料的光物理性能还受到了有机溶剂和浓度的影响，间接的引入了分子间作用或者组装性能对光物理性能的影响。盘状分子的自组装特性是最大的优势之一，本文中使用了多种自组装方法，制备出一系列的微纳结构，并通过SEM的表征方法观测到了组装的效果。在芘类衍生物体系中探讨了醛基（氢键）与π-π相互作用的协同作用下获得了多种自组装形貌。卟啉类材料更是表现出了J聚集和H聚集的协同作用。本研究中我们重点讨论了化学结构与自组装特性之间的关系，并深入地讨论了自组装的机理。