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封面设计│Adv. Opt. Mater.:含硼TADF分子的同分异构化调控光电性能

已有 1000 次阅读 2019-6-17 13:08 |个人分类:热点研究|系统分类:博客资讯

听封面设计者介绍经验历程。


这次要介绍的封面是一张Back Cover,封面文章发表在Advanced Optical Materials(IF=7.43)期刊上,题目为“Isomeric Bright Sky-Blue TADF Emitters Based on Bisacridine Decorated DBNA: Impact of Donor Locations on Luminescent and Electroluminescent Properties”(DOI:10.1002/adom.201900130)。这个工作的核心是利用具有刚性结构的三芳基硼衍生物作为新型的电子受体构建了一系列兼具高发光效率和较短延迟荧光寿命的热活化延迟荧光材料,揭示了具有不同给体取代基位置的同分异构分子与光电性能之间的关系,并制备了高效率和低效率滚降的OLEDs器件。北京理工大学孟国云博士为第一作者,北京理工大学王苏宁教授(加拿大科学院院士)和佳木斯大学彭太教授为文章通讯作者。


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设计制作的Advanced Optical Materials封面图


近来,不含贵金属元素同时兼有热活化延迟荧光特性(TADF)的有机材料在有机发光二极管(OLEDs)中受到了广泛关注,因为它能够在热能驱动下实现反向系间窜越过程将三线态激子转变为单线态激子进而发生荧光辐射,实现接近100%的器件激子利用率。同时,由于其高效、低成本和易于制备等优点而被认为最具发展潜力的有机发光材料之一。该类TADF材料设计时,要求材料的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)能够有效分离从而减小单线态-三线态分裂能(ΔEst)。一般地,将具有电子给体-受体型的TADF材料掺杂到宽带隙的主体基质中以抑制OLEDs器件因浓度湮灭或聚集引起激子损失,从而实现器件的高效发光

然而,掺杂型的OLEDs器件需要复杂的器件结构和精准的制备工艺,以确保器件发光颜色和效率的可重复性。因此,为简化OLEDs器件结构和工艺,现亟需开发一种在非掺杂条件下具有极小的浓度湮灭效应的材料体系,实现具有更低效率滚降的高效非掺杂型TADF材料。

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基于DBNA骨架的TADF分子结构


含硼的多环芳烃有机分子因具有独特的光物理性质、良好的热稳定性、刚性的平面结构以及结构易修饰等特点,在光电领域中展现出广阔的应用前景。本工作中,作者采用同分异构的策略合成了三种含硼TADF发光材料,即m-AC-DBNA,p-AC-DBNA和m'-AC-DBNA(上图),具体结构是将作为电子给体的两个二甲基吖啶(AC)单元引入到作为电子受体的硼嵌入刚性骨架的间位和对位。实验结果表明,给体基团的取代位置显著影响该类发光材料的热稳定性、光物理性质以及电致发光性能。其中,对位取代化合物(p-AC-DBNA)表现出较高的热稳定性、较高的光致发光量子效率、较小的ΔEst、较短的延迟荧光寿命以及快的反向系间窜越速率(>10^6每秒)。此外,基于p-AC-DBNA作为掺杂和非掺杂型发光层制作的天蓝色OLEDs器件,均实现了高的发光效率和低的效率滚降,最大外量子效率分别达到21%和14%。此研究通过同分异构的策略为优化热活化延迟荧光材料的光电特性和提升器件性能提供了可行的途径,并进一步揭示了延迟荧光寿命与OLEDs器件效率滚降之间的关系(下图)。

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文章在线刊登的截图


我在设计这张封面的时候将文章中三个同分异构的分子结构作为主要元素,同时这些同分异构分子都散发出与文中OLEDs器件相对应的天蓝色光芒,而背景颜色选为墨绿色与之搭配。图面中,我还增添了电子与空穴相结合产生激子基于对位取代分子的天蓝色OLEDs展翅的蝴蝶以及必要的辅助物体(闪电、光线、亮点)等元素以切合文章内容。其中,引入展翅的蝴蝶是因为三个同分异构分子的给体与受体之间具有一定的二面角,给体基团的摆动就类似于飞舞的蝴蝶,因此该类同分异构分子就如同蝴蝶型分子。

在构图方面,我按照元素的主次放置,左上角为电子-空穴结合后产生激子,右上角留空给Advanced Optical Materials期刊名,下半部分为分子结构和天蓝色OLEDs。其中,分子结构由远到近逐渐突出大小,体现出光电性能的提升趋势,并且光电性能最佳的对位取代分子处于在最显眼的位置。

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初稿Cover与终稿Cover对比


其实,最初我跟孟博士讨论的cover设计方案中,在天蓝色OLEDs位置是一个具有三个档位的旋钮,搭配三个同分异构的分子结构代表三种材料光电性能的递增性(上图)但是,这样的图面表达略显抽象,缺乏直观的器件元素,所以最后把旋钮换成了天蓝色OLEDs。因此,图面上电子-空穴的结合、飞舞的蝴蝶型分子以及直观明了的发光器件恰到好处的体现了整篇文章的内容。





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