[发明专利]一种全共轭的螺稠环梯形有机分子及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种全共轭的螺稠环梯形有机分子及其制备方法与应用。该材料是以螺芴为核，梯形芴为臂，选用二苯胺进行封端的螺稠环梯形有机分子化合物。该材料体系化学结构明确、纯度高、热稳定性能好、玻璃化转变温度高、易于形成均匀的无定形薄膜；同时该材料体系具备高的荧光量子效率、很好的光热稳定性、极高的多光子吸收截面；在有机电致发光器件、有机激光器件、有机非线性光学、有机场效应晶体管及钙钛矿有机无机杂化太阳能电池等领域有重要的应用潜力；特别是对于实现有机电泵浦激光和LED泵浦激光具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属光电材料和应用技术领域，涉及一种全共轭的螺稠环梯形有机分子及其制备方法与应用。该材料体系可以作为有机发光增益介质应用于光泵浦有机激光和电泵浦有机激光器件；可以作为上转换发光体应用于非线性发光和激光；也可以作为有机发光材料应用于有机电致发光器件；以及作为空穴传输材料应用于钙钛矿有机无机杂化太阳能电池等。

背景技术

π-有机共轭分子由于出色的光电性能和易于加工的特性，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)等领域有着越来越广泛的应用。有机激光作为新的发展方向，是半导体激光未来一个非常重要的发展领域。七十年代，美国贝尔实验室成功研制异质结固态激光器，大大降低阈值电流密度，为半导体激光的应用开启了大门。但是，使用化学气相沉积等方法在GaAs、蓝宝石等衬底上制造的半导体激光器，有发射波长范围窄和面积小等缺点。近年来，OLED的发光强度已经达到实用化的程度，外部量子效率已经接近或超过理论的水平。更重要的是，OLED器件制作工艺简单，利用喷墨打印技术制造的优点是无机半导体所无法替代的。而且，OLED器件的发射光谱范围广，在380-900nm的可见光和近红外波段均有报道。随着OLED技术的日趋成熟，有机半导体激光和有机非线性光学逐渐引起科研工作者的广泛关注。但是，现有的有机发光材料体系仍存在明显不足，比如，迁移率低、光热稳定性差、激光增益系数低、激光转换效率差、上转换效率低等，限制了其在有机半导体激光和有机非线性光学领域中的广泛应用。如何设计和开发具有应用潜力的有机材料体系是发展有机半导体激光和有机非线性光学面临的关键问题。

梯形分子由于其大的分子共轭平面、高的荧光量子效率、高迁移率、优异的电化学/ 热稳定性，是一类非常重要的有机激光材料体系。但梯形聚合物有着明显的结构缺陷，限制了其作为发光体在有机半导体激光和有机非线性光学中的应用。于此同时，具备多个活性位从而形成全共轭稠环梯形结构的前驱体选择较少。因此，设计合成结构明确的全共轭稠环梯形结构，有望融合梯形分子的所有优点，从而开发出优异光电性能的有机激光增益介质和有机非线性光学材料。

本专利通过巧妙的分子结构设计，发明了一种全新的全共轭的螺稠环梯形有机分子。通过采用Suzuki偶联、傅克酰化/烃化反应、环化反应等反应类型，实现了材料的高效制备；得到了结构明确、发光稳定、光热稳定性好、荧光量子效率高的有机发光材料体系；同时通过选用不同电活性的官能团封端，可以调节材料的发光特性、多光子吸收特性和电学性能，改善载流子迁移率，使得这类材料有了更加广阔的应用；制备的激光器件显示，该材料体系具备极高的激光增益特性、优异的激光热稳定性和超低的ASE/激光阈值，有效解决了目前有机激光增益介质材料体系材料种类缺乏、光热稳定性差、增益低、阈值高等技术难题，是一类具有重要应用潜力的有机激光材料。非线性测试结果表明，该材料体系具有极高的多光子吸收截面，具备应用于高阶非线性光学中的潜质。同时，该材料体系可以获得良好的蓝光发射，可以实现高效的蓝光和白光OLED器件，具有良好的产业化应用潜力；也可以作为空穴传输材料应用于钙钛矿有机无机杂化太阳能电池等领域。

发明内容

技术问题：