[發明專利]一種芘基有機半導體激光材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710391602.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107162917B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 賴文勇;張浩;呂鵬;李祥春;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C07C211/61
• 分類號: C07C211/61;C07C209/68;C09K11/06;H01L51/54
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

本發明公開了一種芘基有機半導體激光材料及其制備方法與應用，該材料是以芘為核，二苯胺基團為封端單元，以不同鏈長芴基為橋連單元，四取代對稱芘為核的蝶形結構，該材料具有如下式所示的結構通式：其中，R為C1?C30的直鏈或支鏈烷基或烷氧基；n為1?5的自然數。本發明的材料制備簡單，中間體成本低廉，反應過程容易控制，產品易于分離、收率高、純度高；該材料不僅在有機激光器件中表現出良好的熱穩定性、低閾值、低的水氧敏感性和高發光強度，而且在有機電致發光器件中表現出超低的啟亮電壓、優異的發光亮度和效率；在有機半導體激光器件和有機電致發光器件方面展現出重要的應用潛力。

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種芘基有機半導體激光材料及其制備方法與應用。

背景技術

有機半導體材料由于其良好的光學及電學性能、簡單的制備過程以及結構和性能的可調制性，在有機發光二極管(OLED)，有機場效應晶體管(OFET)，有機太陽能電池(OPV)及有機激光(Organic Lasers)等領域得到了廣泛的應用，已經成為有機光電子學研究的重要內容。近年來，結構緊湊、價格低廉(甚至可以棄置)的有機半導體激光的研究引起人們的濃厚興趣。與染料激光器相比，有機半導體材料除了具有有機激光染料的優點(高的發光效率，可調光譜范圍寬，可視為四能級系統等)外，還具有高的固態發光效率，載流子傳輸及成膜性好等使其在激光應用方面受到廣泛的關注。然而，由于有機激光在電泵浦下高的激光閾值、低的凈增益系數和相對較差的電學性能導致電泵浦有機半導體激光一直難以實現，這也成為一直困擾有機半導體激光發展的瓶頸問題。為降低激光閾值，人們通過優化分子結構設計合成出包括小分子材料、聚合物材料及高分子材料等在內的有機半導體材料。其中具有多維空間拓撲結構單分散大分子，不但可以像小分子那樣使用常規的硅膠柱層析進行提純，還具有類似聚合物的良好的成膜性能。此外，由于它們所具有的空間多維結構減弱了分子間的相互作用，使得它們在溶劑中往往具有更好的溶解性形成表面形貌規整、均一的薄膜，同時該類材料還具有各向同性的光電性能。

對于共軛大分子而言，通過改變臂或核以及對分子端基修飾進行優化分子結構，可以有效的實現材料光電性能的優化與提高。其中寡聚芴由于其高的熒光量子效率，好的光譜穩定性以及成膜性被廣泛的作為臂結構應用在有機光電器件中。芘具有大的π-共軛大平面結構體系，較好的剛性共面性，玻璃化溫度高，熱穩定性好，薄膜形態穩定性好，熒光效率高。二苯胺作為強的給電子基團，通過二苯胺端基修飾可以進一步改善分子的電學性能。目前未見任何文獻或專利報道二苯胺端基修飾的多臂結構芘基材料在有機半導體激光中的應用。聚合物雖可以較好地獲得低閾值有機半導體材料，但其結構具有不確定性，而且分散性差；小分子雖然結構確定也具有良好的分散性，但是其具有差熱穩定，高的水氧敏感使得其器件穩定性和重復性不理想。通過設計合成二苯胺端基修飾的以芘為核的四取代蝶形結構材料，既具有小分子結構明確的優點又具有聚合物低閾值、可溶液加工的特性，而且形成二苯胺-芘核的給受體結構，可以有效實現多臂結構材料的電學特性調控，使其在有機半導體激光和有機電致發光領域具有重要的應用價值。

發明內容

技術問題：本發明提供一種芘基有機半導體激光材料及其制備方法與應用，以解決目前光增益介質閾值高、穩定性差、電學性能不好、材料制備復雜的問題，克服有機半導體激光材料在保證光物理性能優異的情況下電學性能有效調控的難題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種芘基有機半導體激光材料，該材料以芘為核，以二苯胺基團為封端單元，以不同鏈長芴基為橋連單元，具有如下式I所示的結構通式：

其中，R為C1-C30的直鏈或支鏈烷基或烷氧基；n為1-5的自然數；N是氮原子；H是氫原子。

更具體地，所述的R為甲基、乙基、正己基、正辛基或異辛基中的一種。

芘基有機半導體激光材料的制備方法，該材料的合成路線為：