[发明专利]一种有机半导体激光材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机激光技术领域，具体涉及一种有机半导体激光材料的制备方法与应用。

背景技术

有机半导体材料由于其良好的光学及电学性能、简单的制备过程以及结构和性能的可调制性，在有机发光二极管(OLEDs)，有机场效应晶体管(OFETs)，有机太阳能电池(OPVs)及有机激光(Organic Lasers)等领域得到了广泛的应用，已经成为有机电子学研究的重要内容。近年来，结构紧凑、价格低廉(甚至可以弃置)的有机激光的研究发展非常迅速。与染料激光器相比，有机半导体材料除了具有有机激光染料的优点(高的发光效率，可调光谱范围宽，可视为四能级系统等)外，还具有高的固态发光效率，载流子传输及成膜性好等使其在激光应用方面受到广泛的关注。然而，由于有机激光在电泵浦下高的激光阈值导致电泵浦有机激光一直难以实现，这也成为一直困扰有机激光发展的瓶颈问题。为降低激光阈值，人们通过优化分子结构设计合成出包括小分子材料、聚合物材料及高分子材料等在内的有机半导体材料。其中具有多维空间拓扑结构单分散大分子，不但可以像小分子那样使用常规的硅胶柱层析进行提纯，还具有类似聚合物的良好的成膜性能。此外，由于它们所具有的空间多维结构减弱了分子间的相互作用，使得它们在极性溶剂中往往具有更好的溶解性形成表面形貌规整、均一的薄膜，同时该类材料还具有各向同性的光电性能。

对于对称共轭大分子而言，通过改变臂或核优化分子结构。其中寡聚芴由于其高的荧光量子效率，好的光谱稳定性以及成膜性被广泛的作为臂结构应用在有机光电器件中。芘具有大的共轭体系，较好的刚性共面性，玻璃化温度高，热稳定性好，薄膜形态稳定性好，荧光效率高，通过芘封端进一步改善分子性能。不同结构的发光核，如双螺芴，芘，氧杂螺芴和卟啉等决定了分子的主要光电性质如发光颜色等。目前未见任何文献或专利报道芘基芴为臂的四取代的蝶形的有机半导体在有机激光中的应用。聚合物虽可以较好地获得低阈值有机半导体材料，但其结构具有不确定性和分散性差等；小分子虽然结构确定也具有良好的分散性，但是其具有差热稳定，高的水氧敏感使得他们器件稳定 性和重复性不理想。通过设计合成芘基芴为臂的四取代蝶形结构材料，既具有小分子结构确定的优点又具有聚合物低阈值、可溶液加工的特别，同时该蝶形结构材料具有高度的对称性，增大了材料的迁移率，使其在电泵浦有机半导体激光、有机电致发光和有机场效应晶体管方面具有潜在的应用价值。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种基于光泵浦的低阈值、高热稳定性、低的水氧敏感，易于制备的芘基芴为臂的四取代蝶形有机半导体激光材料的制备方法，解决了目前光增益介质阈值高、稳定性差、材料制备复杂的问题，克服了有机半导体激光材料水氧敏感度高的缺陷。

技术方案：本发明公开了一类基于芘基芴为臂的四取代蝶形的有机半导体激光材料的制备方法及其应用。

本发明的有机半导体激光材料是以芘单元为封端单元，以芴基为桥连单元，四取代对称单元为核的蝶形结构，该材料具有如式I的结构：

其中，I式中核A为如下II结构中的一种：

其中，R为C1-C20的直链或支链烷基或烷氧基；*为连接位置；O是氧原子；N是氮原子；H是氢原子。

所述的R为正己基、正辛基或异辛基。

本发明的一种有机半导体激光材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1：芘基芴单溴的制备；在N₂保护下，将1mol(摩尔)芘的单硼酸酯、2.0-3.0mol 9,9-二己基-2,7-二溴芴加入150mL反应瓶中，抽换N₂三次后依次加入0.05-0.10mol的Pd(PPh₃)₄催化剂与0.1-0.2mol相转移催化剂TBAB溶于21-60mL的甲苯和7-20mL的K₂CO₃水溶液中，控温80-100℃反应12-36h；反应结束后冷却至室温色谱柱纯化得到芘基芴单溴1；

步骤2：芘基芴单硼酸酯制备；氮气保护条件下，将1mol芘基芴单溴1与1.8-2.3mol联硼酸频哪醇酯、0.2-0.4mol的Pd(dppf₂)Cl₂催化剂和2-4mol KOAc溶解在20-50mL无 水无氧二氧六环溶剂中，控温90-110℃条件下，锡箔纸避光，反应24-36h；反应结束冷却至室温经色谱柱纯化得到芘基芴单硼酸酯2；