[發(fā)明專利]一種三并茚基有機半導體激光材料及其制備方法與應用

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• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107445849A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 賴文勇;張浩;陸婷婷;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;C08G83/00;C09K11/06;H01L51/54
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發(fā)明屬于光電材料與技術領域，具體涉及一種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(fā)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(jīng)成為有機光電子學研究的重要內容。近年來，有機半導體激光引起人們越來越多的關注。與激光染料相比，有機半導體激光材料除了具有有機激光染料的優(yōu)點(高的發(fā)光效率，可調光譜范圍寬，可視為四能級系統(tǒng)等) 外，還具有高的固態(tài)發(fā)光效率及成膜性好等特點，使其在激光應用方面引起人們的濃厚興趣。然而，到目前為止，電泵浦有機半導體激光尚未能實現(xiàn)。設計開發(fā)具有低閾值、高增益、高載流子遷移率和優(yōu)異穩(wěn)定性的有機半導體激光材料是解決這一瓶頸問題的關鍵。為了獲得優(yōu)異的激光性能，人們設計開發(fā)了多種材料體系，包括小分子材料、聚合物材料及單分散大分子材料等。其中，具有多維空間拓撲結構單分散多臂結構共軛大分子材料是一類具有優(yōu)異光電性能的發(fā)光材料體系，不但可以像小分子那樣使用常規(guī)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，使得它們不但在極性溶劑中往往具有更好的溶解性形成表面形貌規(guī)整、均一的薄膜，同時該類材料還具有各向同性的光電性能。

對于多臂結構單分散共軛大分子而言，可以通過改變臂或核以及對分子端基修飾來優(yōu)化分子結構及其光電性能。三并茚是具有C3結構空間對稱性的稠環(huán)芳香類分子單元，利用其特殊的三維拓撲結構，可以構建出具有樹枝狀支化結構的多臂結構星狀大分子。二苯胺是一類強給電子基團，通過引入二苯胺端基修飾，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三并茚基單分散有機半導體激光增益材料。聚合物材料體系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，而且其分散性較差等；小分子雖然結構明確，但是其溶液加工性能不理想。設計開發(fā)兼具聚合物材料體系和小分子材料體系兩者的優(yōu)點的材料體系對于開發(fā)高性能的有機半導體激光材料具有重要的意義。

發(fā)明內容

技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種三并茚基有機半導體激光材料及其制備方法與應用，以解決目前有機半導體激光增益介質閾值高、穩(wěn)定性差、材料制備復雜的問題，以及克服有機半導體激光材料優(yōu)異光物理特性與電學性能難以兼具的難題。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術方案：

一種三并茚基有機半導體激光材料，該材料是以三并茚為核，二苯胺基團為封端單元，以不同鏈長芴基為橋連單元，該材料具有如下式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為重復單元，n為0～5的自然數(shù)。

所述的R為甲基、乙基、正己基、正辛基或異辛基中的一種。

上述的三并茚基有機半導體激光材料的制備方法，包括以下的合成路線及合成方法：

目標化合物TrnF制備：在N₂保護下，將六溴三并茚核、二苯胺端基修飾的芴硼酸酯、堿性化合物與相轉移催化劑置于微波反應器中，抽換N₂后，進行避光處理，加入催化劑，放入微波反應器中，進行反應，反應結束柱色譜純化得目標化合物TrnF。

本發(fā)明的有機半導體激光材料作為激光增益介質或發(fā)光材料應用于有機半導體激光和有機電致發(fā)光器件中。

有益效果：本發(fā)明的材料制備方法簡單，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。另外，該類材料在有機激光器件應用中表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能、成膜穩(wěn)定性、低閾值特性和高發(fā)光強度；使其在有機半導體激光和有機電致發(fā)光方面具有重要的潛在應用價值。

附圖說明

圖1為Tr1F的¹H NMR譜圖。

圖2為Tr1F的MALDI-TOF譜圖。

圖3為Tr2F的¹H NMR譜圖。

圖4為Tr2F的MALDI-TOF譜圖。

圖5為Tr3F的¹H NMR譜圖。

圖6為Tr3F的MALDI-TOF譜圖。

圖7為目標分子Tr1F、Tr2F和Tr3F在溶液和薄膜下的吸收、熒光和放大自輻射(ASE) 發(fā)射光譜。