CINNO Research产业资讯,日本茨城大学和近畿大学6月13日宣布,对固体及薄膜等聚合状态下发出圆偏振光的"聚合诱导增强圆偏振发光(AIEnh-CPL)材料",即手性 "苝酰亚胺衍生物"进行了时间分辨发光测量。通过测量,发现了聚合状态下的发光物质种类,同时也确认到即使在真空蒸镀膜中也能够发出圆偏振光。

 

根据日媒news.mynavi报道,此外,通过对单体以及二聚体进行量子化学计算,研究小组揭示了聚合态下的圆二色性机制,同时宣布通过使用手性苝酰亚胺衍生物作为发射层制造OLED Device,成功开发出发射圆偏振光的OLED Device。

 

据日媒Mynavi报道,这一研究成果是由茨城大学研究生院理工学的西川浩之教授和山口央教授、近畿大学理工学部的今井喜胤副教授,以及产业技术综合研究所电子光基础技术研究部沟黑登志子高级研究员等人组成的研究小组取得。研究详情发表在日本化学会出版的欧洲科学杂志《Bulletin of the Chemical Society of Japan》上。

 

一般来说,有机荧光材料在溶液中孤立状态下会发出强光,而在聚合状态下会被淬灭,即发生聚合诱导淬灭(ACQ)。而另一方面,圆偏振发光(CPL)被认为需要发光团块的手性空间排列,因此CPL Device需要即使在聚合状态下也能发光的材料。

 

手性过二酰亚胺衍生物"(S,S)-BPP "和"(R,R)-BPP"(两者合称手性BPP),在溶液状态不显示CPL,但被证实分散在聚合物薄膜或KBr颗粒中等的固体状态下是显示CPL的AIEnh-CPL材料。由于手性BPP在聚合状态下表现出CPL,因此被认为适用于CP-OLED的发光层。因此,研究小组在阐明对于在CP-OLED中的应用至关重要的手性BPP在薄膜状态下的光学特性的同时,试图进一步阐释这种材料在聚合状态下表现出圆偏振光特性的机制。

 

具体来说,为阐明手性BPP聚合状态的光物理特性,研究小组测定了氯仿溶液的荧光光谱的浓度依赖性。结果显示,在高浓度溶液中观测到了在稀释溶液中未被观测到的长波长区域中存在的新发射带,并且在真空蒸镀膜的荧光光谱中,也在浓缩溶液中观测的长波长区域内观测到宽的发射,因此研究小组指出,这个长波长区域的发射可能源于BPP的聚合。

 

此外,为阐明溶液和薄膜中的发光物质,研究小组对稀释溶液、浓缩溶液和薄膜进行了时间分辨荧光光谱分析,发现与稀释溶液不同,在浓缩溶液中至少有两种以上的化学物质种类存在。研究小组对发光物质的寿命进行评估显示,在稀释溶液中是来自单分子发光,而在浓缩溶液中由于分子间π-π相互作用而产生的二聚体和激发体成为发光物质,薄膜与溶液的光谱不同,由于在长波长区域观测到宽发射,因此从荧光寿命的解析也表明,二聚体和弱相互作用的准分子也是薄膜中的发光物质。

 

研究小组通过圆二色性(CD)和CPL光谱的测量表明,在真空蒸镀膜以及聚合物分散膜和KBr颗粒中都观测到了CD和CPL光谱,并且在薄膜状态下形成了二聚体和准分子,对单分子和二聚体进行量子化学计算结果显示,单分子有大的电跃迁偶极矩,几乎没有磁跃迁偶极矩,而在扭曲和堆积的二聚体中,电跃迁偶极矩和磁跃迁偶极矩两者都存在,并且确认出每个瞬时角度都接近180度。

 

针对这一结果,研究小组解释说,手性BPP薄膜中BPP分子的手性聚合结构是造成该物质手性光学特性的原因。基于这一发现,研究小组制造出了使用手性 BPP 作为 CPL 发光材料的OLED Device,尽管设备结构简单,但成功地观测到了电场圆偏振光发射。

 

 

(上)手性苝酰亚胺衍生物(S,S)-BPP 和(R,R)-BPP。 (下)手性 BPP 中的聚合诱导增强圆偏振光发射(图片来源:茨城大学官网)

 

今后,研究小组计划通过研究多层结构的Device来优化EL特性,并通过控制分子间的相互作用来改善圆偏振特性,预计本次研究成果将为以AIEnh-CPL材料作为发光材料的CP-OLED的开发研究提供有益信息,为开发更高性能的CP-OLED做出贡献。