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南郵黃維院士團隊陶冶教授、陳潤鋒教授《Appl. Phys. Rev.》:通過主客體摻雜實現低電壓驅動的有機電致長余輝發光二極管
2022-10-01  來源:高分子科技

  有機長余輝材料因為在信息加密、生物成像、余輝照明等方面的具有廣泛應用前景而引起了研究人員的關注。然而,由于現有的長余輝材料需要在晶態下或者在絕緣的剛性基質中才能產生優異的余輝發射,這使得有機電致長余輝器件的構筑成為一個難題。


  針對這一問題,南京郵電大學的黃維院士的陶冶和陳潤鋒教授課題組提出利用主客體摻雜策略來構建有機電致長余輝OLEDs通過選擇電荷傳輸性能優異的材料作為剛性主體,將余輝性能優異的材料作為客體(圖1),構建出了低電壓驅動的電致長余輝OLED器件這一成果近期發表在Applied Physics Reviews(《應用物理評論》)上,被甄選為期刊亮點論文(Featured/Editor''s picks),并被美國物理學聯合會《科學之光》(AIP Scilight)雜志以“Improved LEDs glow after electricity switches off”為題進行了專訪報道。文章的第一作者為南京郵電大學信息材料與納米技術研究院青年教師謝高瞻,共同通訊作者為南京郵電大學信息材料與納米技術研究院李明光副教授、黃維院士、陳潤鋒教授陶冶教授該項研究成果同時得到了國家自然科學基金、江蘇特聘教授計劃、江蘇省自然科學基金項目等基金項目的支持。 


1: (a) 余輝OLEDs發射層的主客體摻雜策略示意圖;(b-c) 余輝OLEDs發光機制的雅布隆斯基圖。


主客體材料的選擇及其摻雜薄膜的光物理性質


  作者選擇常用的電子傳輸材料PPT作為主體(圖2),選擇長余輝性能優異NPB作為客體,所制備的摻雜薄膜的光致磷光發射壽命可達414 ms,說明了PPT的剛性特性可以有效地將NPB與外界環境隔離,抑制其分子振動和旋轉。NPB/PPT摻雜膜優異的長余輝性能,為基于它為發光層制備余輝OLEDs提供了前提。 



2: (a) PPTNPB的化學結構;(b) 摻雜薄膜的熒光和磷光光譜;(c) 穩態()、延遲光致發光()以及(d)薄膜的瞬態光致發光衰減曲線。


余輝OLEDs的發光性能及機理


  由于摻雜薄膜的優異電荷傳輸能力,所以器件表現出優異的器件性能(圖3),啟動電壓和100 cd m-2亮度下的驅動電壓分別低至5.8 V8.5 V;器件的EQE最高可達1.47%,這是目前所報道的余輝OLEDs的最高效率。在電激發下,器件表現出客體的熒光發射,在關閉電壓后,器件主要表現為客體的超長壽命磷光發射,器件余輝壽命可達356 ms。這些結果充分表明主客體摻雜是一種構建兼具高器件效率和長余輝壽命的余輝OLEDs的可行策略。 



3(a)器件結構()與能級圖()(b)電流密度-電壓-亮度曲線圖,(c)效率-電流密度圖,(d)通電時()和斷電后()的電致發光光譜圖,插圖:(d) OLEDs器件通電()和斷電()狀態下的照片。(e)余輝OLEDs的瞬態電致發光衰減曲線。


  另外,令人興奮的是,該類余輝OLEDs顯示出優異的長余輝發射穩定性,在超過10個開關周期后,其發光強度和余輝壽命幾乎保持不變(圖4),這歸因于發光層摻雜薄膜固有的穩定余輝性能和器件平衡的載流子傳輸。此外,作者還分析了此類余輝OLEDs的發光過程:在外加電壓下,由于客體單線態激子的熒光強度遠遠大于其三線態激子的磷光,所以在這個過程中只能觀察到客體藍色熒光發射,當外加電壓關閉時,由于客體單線態激子的壽命短,熒光發射瞬間消失;同時,壽命超過300 ms的三線態激子則衰減緩慢,產生肉眼可見的綠色余輝。 


4(a)-(e)余輝OLEDs的瞬態EL特性。(a) 關閉電壓后的瞬態電致發光衰減圖像;(b)(c) 不同驅動電壓(b)和不同脈沖寬度(c)下的瞬態電致發光衰減曲線;(d)時間分辨強度分布圖()及其重復掃描測試;(e) 斷電后的電致發光譜;(f)余輝OLEDs在通電()和斷電()狀態下的發射機理。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1063/5.0093704

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(責任編輯:xu)
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