低放大自发辐射阈值有机材料的设计、合成与性质研究

如何实现电泵浦有机激光是有机发光领域的研究前沿和热点。低放大自发辐射（ASE）阈值的有机激光材料可降低电泵浦有机激光实现的难度，兼具低ASE阈值和高载流子迁移率的有机激光材料极为缺乏。本项目从材料设计和制备工艺两个方面入手，深入开发一类基于联1，3，4-噁二唑衍生物的新型有机激光材料，建立材料结构、材料自组装特性、受激发射特性、制备工艺与器件性能的关系，为高效电泵有机激光材料的设计提供实验参考。探索在无取向诱导处理的基底上制备大面积高取向、高有序的有机单畴薄膜的方法，制备同时具备高荧光量子效率、低ASE阈值和高载流子迁移率的联1，3，4-噁二唑衍生物薄膜，并以其作为增益层实现低阈值的电泵浦有机激光。

在本项目的资助下，合成一系列联1，3，4-噁二唑衍生物，通过实验和理论计算两个方面对其光学特性及自组装特性进行研究。证明联1,3,4-噁二唑衍生物的刚性骨架具有共面结构，为共轭体系，且为四能级体系，有利于材料的受激发射。计算联1,3,4-噁二唑衍生物二聚体在不同空间位置的势能面。分子结构计算表明联1,3,4-噁二唑衍生物在非极性溶剂和在聚集态下高的荧光量子效率是由于其在激发态下增加的共轭程度和共面结构，使其在基态和激发态间形成四能级过程，而其共面的刚性结构和其刚性骨架趋向于形成J型聚集体，这种分子结构和聚集态行为有利于放大自发辐射 (ASE)，表明其为 一类理想的有机激光材料。基于联1,3,4-噁二唑衍生物材料制备出荧光量子效率大于80%的有机薄膜和微纳米纤维，实现极低阈值的放大自发辐射。通过优化分子结构，获得具有特定液晶相序的联1,3,4-噁二唑衍生物材料。基于该联1,3,4-噁二唑衍生物材料，在无取向处理的基底上制备出大面积、高有序的、偏振荧光特性和低放大自发辐射阈值的有机共轭薄膜。该取向薄膜被激光照射损伤后，经过简单的热处理过程可以自愈合。该材料经蒸镀方法制备的薄膜没有偏振荧光特性和ASE特性。联1，3，4-噁二唑衍生物间强的具有方向性的p-p作用和其特殊的液晶相续是其形成大面积、取向性有机薄膜的驱动力。制备基于联1，3，4-噁二唑衍生物的有机电致发光器件，实现在蓝光波段的电致发光。项目执行期间未能实现基于联1,3,4-噁二唑衍生物的电泵浦激光，主要原因是未能以其制备高亮度和高效的电致发光器件。主要原因是以联1,3,4-噁二唑衍生物作为发光层器件中空穴和电子不能有效地注入和复合，需要进一步优化器件结构，实现高效的电致发光。此外，开发出一种新型的基于碳纳米点的激光材料，以其实现光泵浦放大自发辐射和光泵浦激光，证明其光稳定性优于有机激光材料。进一步深入研究有希望实现基于碳纳米点的高效电致发光器件和电泵浦激光器件。发表SCI论文14篇，申请中国发明专利9项，获授权专利4项。