[发明专利]复杂二芳基芴材料及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域。具体涉及一种非平面多环杂芳烃有机半导体材料及其制备方法，并涉及这些材料在有机电致发光、光伏电池、有机电存储、有机非线性光学、化学与生物传感和有机激光等领域的应用。

技术背景

自1987年美国柯达公司Tang研究小组[Tang，C.W.；Van Slyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，57，913.]和1990年英国剑桥大学[Burroughes，J.H.；Bradley，D.D.C.；Brown，A.B.；Marks，R.N.；Mackay，K.；Friend，R.H.；Burn，P.L.；Holmes，A.B.Nature 1990，347，539.]分别发表了以有机和聚合物荧光材料制成薄膜型有机电致发光器件(Organic Light-emittingDiodes)和聚合物发光二极管(Polymeric Light-emitting Diodes)以来，有机平板显示成为继液晶显示之后的又一代市场化的显示产品。与此同时其他有机电子和光电子产业，包括有机场效应管、有机太阳能电池、非线性光学、生物传感和激光等领域以及非线性光学材料也正走向市场化。有机和塑料电子产品的优点在于材料制备成本低、工艺简单、具有通用高分子的柔韧性和可塑性。因此，开发具有实用性的市场潜力新型有机光电信息材料吸引了许多国内外大学不同学科的科学家以及研究机构和公司的关注和投入。到目前为止，开发新型高度稳定的载流子传输材料和发光材料成为提高有机电子、电光以及光电器件效率和寿命关键因素。

到目前为止，含经过二芳基修饰9位芴结构基元作为核构建光电材料表现出高的热稳定性和高的玻璃化温度，因此成为一类有希望的实用有机光电子材料，已经形成相当的文章和专利。然而，将苯基芴或杂芴作为封端单元对易结晶的有机半导体材料进行修饰使之成为高稳定的无定形材料的专利很少，而且制备方法复杂。因此，本发明论述通过简单的处理方法开发一系列封端的含硫、氮、氧等杂原子芳烃的光电材料，同时具有高的溶解度、阻隔发色团聚集或稳定性结构链等优点，该类材料将在有机电子、光电子、或光电材料中有广泛的应用空间。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出非平面多环杂芳烃有机半导体材料具有高度的环境稳定性与形态稳定性，同时具有特殊的光电性质。另外，指出了该类材料在有机电致发光、有机激光、光伏电池和有机电存储器件等有机电子领域的应用。

技术方案：本发明的一种复杂二芳基芴材料，其特征在于该材料以非平面的芳基芴或氮杂芴作为封端基团杂多环芳烃共轭分子，具有为如下结构：

化合物材料I

式中：R₁、R₂出现时相同或者不同，并为氢或具有1至22个碳原子的直链、支链或者环状烷基链或者烷氧基链；n，m分别为0，1，2，3，4中任意数字；X为碳或氮；Ar为含杂原子的多环芳烃共轭结构单元；Ar具体为如下列结构中的一种：

式中：l为0，1，2，3，4中任意数字；Ar₁、Ar₂、Ar₃、Ar₄是为氢或者是如下列结构中的一种：

所述的化合物材料I中Ar为含氧、硫或氮的芳环，具有如下结构：

所述的化合物材料I具有如下结构：

通过付-克反应制备，反应具体如下：其中，

方法1付-克反应作为最后的封端过程实现含苯基芴的非平面多环杂芳烃有机半导体

方法2付-克反应作为开始的封端过程实现含苯基芴的非平面多环杂芳烃有机半导体

其付-克反应条件具体是杂芳烃和叔醇按摩尔比例混合，在温度25-150摄氏度下，加入等摩尔比例的盐酸/冰醋酸、甲烷磺酸/四氯化碳、三氟甲烷磺酸/四氯化碳、或三氟化硼乙醚络合物/二氯甲烷催化剂，反应时间在30分钟～48小时之间。

复杂二芳基芴材料应用于信息存储的有机半导体器件，其中器件的结构为透明阳极/电双稳态层/阴极，其中复杂二多环杂芳基芴材料作为电双稳态层通过真空蒸镀、溶液旋涂或喷墨打印方式制备、阴极通过真空镀膜技术制备。

复杂二芳基芴材料应用于发光二极管器件或光伏电池器件，其中器件的结构为透明阳极/空穴传输层/发光层/电子传输层/阴极，其中，发光层在光伏电池器件中省略，复杂二多环杂芳基芴材料作为空穴传输层、发光层或电子传输层中之一的活性材料。