[发明专利]一种芘基有机半导体激光材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种芘基有机半导体激光材料及其制备方法与应用，该材料是以芘为核，二苯胺基团为封端单元，以不同链长芴基为桥连单元，四取代对称芘为核的蝶形结构，该材料具有如下式所示的结构通式：其中，R为C1‑C30的直链或支链烷基或烷氧基；n为1‑5的自然数。本发明的材料制备简单，中间体成本低廉，反应过程容易控制，产品易于分离、收率高、纯度高；该材料不仅在有机激光器件中表现出良好的热稳定性、低阈值、低的水氧敏感性和高发光强度，而且在有机电致发光器件中表现出超低的启亮电压、优异的发光亮度和效率；在有机半导体激光器件和有机电致发光器件方面展现出重要的应用潜力。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种芘基有机半导体激光材料及其制备方法与应用。

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(OLED)，有机场效应晶体管(OFET)，有机太阳能电池(OPV)及有机激光(Organic Lasers)等领域得到了广泛的应用，已经成为有机光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)的有机半导体激光的研究引起人们的浓厚兴趣。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、低的净增益系数和相对较差的电学性能导致电泵浦有机半导体激光一直难以实现，这也成为一直困扰有机半导体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。

对于共轭大分子而言，通过改变臂或核以及对分子端基修饰进行优化分子结构，可以有效的实现材料光电性能的优化与提高。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π-共轭大平面结构体系，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。二苯胺作为强的给电子基团，通过二苯胺端基修饰可以进一步改善分子的电学性能。目前未见任何文献或专利报道二苯胺端基修饰的多臂结构芘基材料在有机半导体激光中的应用。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，而且分散性差；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，高的水氧敏感使得其器件稳定性和重复性不理想。通过设计合成二苯胺端基修饰的以芘为核的四取代蝶形结构材料，既具有小分子结构明确的优点又具有聚合物低阈值、可溶液加工的特性，而且形成二苯胺-芘核的给受体结构，可以有效实现多臂结构材料的电学特性调控，使其在有机半导体激光和有机电致发光领域具有重要的应用价值。

发明内容

技术问题：本发明提供一种芘基有机半导体激光材料及其制备方法与应用，以解决目前光增益介质阈值高、稳定性差、电学性能不好、材料制备复杂的问题，克服有机半导体激光材料在保证光物理性能优异的情况下电学性能有效调控的难题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种芘基有机半导体激光材料，该材料以芘为核，以二苯胺基团为封端单元，以不同链长芴基为桥连单元，具有如下式I所示的结构通式：

其中，R为C1-C30的直链或支链烷基或烷氧基；n为1-5的自然数；N是氮原子；H是氢原子。

更具体地，所述的R为甲基、乙基、正己基、正辛基或异辛基中的一种。

芘基有机半导体激光材料的制备方法，该材料的合成路线为：