[发明专利]染料掺杂的有机－无机杂化物材料

说明书

发明的领域

本发明涉及有机－无机杂化物材料的领域。更尤其，它涉及可用于电场致发光器件的发光性杂化物材料。

发明的背景

有机－无机杂化物是技术上重要的一类材料，使得有可能在单个分子复合物内兼有有机和无机组分两者的有用性能。有机材料的光学和电性能，例如，能够通过改变它们的分子结构而相对容易地转变。加工的容易性，塑性，和低的价格使有机材料对于许多应用具有吸引力。然后，坚固性，热稳定性，和低电荷迁移性的缺乏抑制了它们在许多这类应用中的使用。这些后要求的性能是通过无机材料提供的。通过合成有机－无机复合材料，能够在单种材料内潜在地获得两截然不同物质的最佳组合。

层状有机－无机钙钛矿型结构是一小类有机－无机杂化物，并且最近已经十分有吸引力，这归因于它们独特的电、磁和光学性能的潜力。这一家族的基本构成组分是无机ABX3钙钛矿结构。通过用有机阳离子置换无机阳离子，可形成有机－无机杂化钙钛矿型结构复合物。在这些离子复合物中，有机组分是该结构的致密部分，因为该结构实际上取决于供电中和用的有机组分。所以，该复合物显示出特定的化学计量组成。层状(二维)A₂BX₄，ABX₄和一维A₃BX₅，和A₂A’BX₅钙钛矿型结构也存在并被认为是三维母体家族的衍生物。

在这些低维数的复合物中，以较大的结合能(＞300meV)和振子强度，在无机片材内观察到激子的形成。有益的物理性能如强室温光致发光，三次谐波的产生，和电磁声子吸收是由这些激子引起的。强烈的光致发光和通过在结构中引入不同金属或卤素原子来调整发射波长的能力使得这些钙钛矿型结构作为电致发光器件中的发光材料变得十分诱人，虽然目前该装置仅仅在低温下操作。通常，简单的有机阳离子如脂肪族或单环芳族铵阳离子用于形成这些结构。这些阳离子对光和电表现惰性。

本发明的目的是提供一种有机－无机杂化物，它在结构的有机组分内引入官能化的、旋光的、发光的染料分子和光学惰性分子的混合物。染料分子在有机组分内的稀释将减少在染料分子之间发生的自淬灭相互作用，进而提高发光率。

本发明另一个目的是提供一种有机－无机材料，它不是无规的，而是本身自我组合成有机和无机组分的可预见的排列。这减少了发光的变化性和在无机和有机组分之间增加了电荷传导。

本发明再一目的是提供一种有机－无机材料，它能够通过简单和不昂贵的方法容易地沉积在基材上。

本发明概述

本发明涉及包括有机组分和无机组分的一种有机－无机杂化物材料。有机组分包括在可见光范围内发光的染料。还有，光学惰性组分能够替换一部分的有机染料组分，得到了一种比完全填充有机染料的杂化物材料有更高强度发光的有机－无机杂化物材料。

附图的简述

图1说明了基于三维钙钛矿结构ABX₃的有机－无机杂化物材料的实例。

图2说明了具有以下通式的优选钙钛矿结构：(RNH₃)₂(CH₃NH₃)_n－1M_nX_3n+1。

图3说明了具有以下通式的优选钙钛矿结构：(NH₃－R－NH₃)(CH₃NH₃)_n－1M_nX_3n+1，其中n=1。

图4是具有结构式AEQT_xAETH_1－xPbBr₄的材料的量子产率／染料浓度的曲线图。

图5是从单晶X－射线结构测定获得的复合物(AEQT)PbBr₄的结构。

本发明的详细叙述

本发明涉及含有在可见光范围内发光的染料的一种有机－无机杂化物材料。

本发明的有机－无机杂化物材料结合了无机结晶材料与有机材料的优点。有机组分包括染料组分和有利于有机－无机杂化物材料自我组合成晶体状结构的光学惰性组分。无机组分形成了延伸的一－，二－或三维网络，获得了高载流子迁移特性的无机结晶固体。与这些无机网络有关的激子可转移至有机染料中，提高它的发光率，尤其当这种染料专门用来在激子的波长范围内吸收时。