吡唑酮衍生物的稀土配合物光致和电致发光性能研究

稀土配合物的发光具有发射带窄、色纯度高、峰发光位置不受配体环境变化的影响、发光不受温度影响等特点，而且发射峰覆盖400-1800纳米的可见区和近红外区，因此可以作为有机电致发光器件的发光层材料。现在的研究大多集中于铕、铽配合物的电致发光器件研究，对于近红外稀土配合物的电致发光以及发白光的镝配合物研究相对较少，但是近红外发光的稀土铒、钕、镱在光通讯、激光技术、生物医学、荧光探针等方面具有特殊的应用前景。在本论文中主要阐述了新型稀土配合物的设计与合成、在器件方面的应用以及器件结构机理的研究。 在本论文中，我们主要研究吡唑酮的衍生物配体对于稀土离子的敏化激发作用。通过配体基团的改性，得到发光更有效的新型稀土配合物。首先，合成了配体PM，并选择TP、Phen、Bipy、Bath做第二配体制备镝、铒、钕、镱、钐等的配合物。解析了配合物的晶体结构，测试得到了各种配合物的光致发光性能，系统分析了几种配合物中配体到中心稀土离子的能量传递过程，研究了配体对稀土的敏化机制。其中镝配合物显示近白光的发射，色坐标为x=0.35，y=0.40，以此配合物为发光层的器件显示明亮的白光，最大发光亮度为527cd/m2，是目前已经报道的镝配合物器件中，性能最突出的一个。 设计合成了配体PT、PC、PF，利用TP和Bath做中性配体与镱离子形成配合物YbPT3Bath、YbPT3TP、YbPC3Bath，它们都显示977纳米的近红外发射。经过分析发现，配体对镱离子的敏化过程是通过电子转移的机制来完成的。通过几种镱配合物发光强度对比发现YbPT3Bath、YbPC3Bath的发射最强。首先将YbPT3Bath用于电致发光器件中，发现其具有较好的电子传输特性，而且YbPM3TP2具有较好的空穴传输特性。因此，我们将这两种配合物结合制备了双发光层电致发光器件，得到的器件比单发光层器件的性能提升了若干倍。我们认为，双发光层器件结构改善了载流子的传输和最终的复合，使得激子在发光层内形成，提高激子激发发光层材料的效率。最后，利用这种双发光层器件结构得到了辐照度比较理想的镱配合物近红外器件。 对ErPM3TP2、NdPM3TP2配合物的发光性能做了系统研究。首先，分析了它们的晶体结构，得到了具体的晶体参数和结构组成。二者在紫外区的吸收光谱都显示为配体的吸收，在紫外区之后出现了稀土离子的特征吸收峰，由此我们利用Judd-Ofelt理论分析计算了Er3+、Nd3+离子在这个配位环境中的振子强度参数，最后得到Er3+、Nd3+离子从激发态能级到下能级的电偶极跃迁辐射几率以及相应的自然寿命值。利用这两种配合物做为发光层材料制备了系列近红外电致发光器件，得到理想的辐照度强度，证明它们在制备近红外器件方面具有潜在应用价值。