量子效率在研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光器件領(lǐng)域的應(yīng)用

黎小勝,何 鳳 ,王莉敏

(1.信陽師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,河南 信陽 464000；2.信陽師范學(xué)院 商學(xué)院,河南 信陽 464000；3.信陽師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,河南 信陽 464000)

生產(chǎn)與應(yīng)用

量子效率在研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光器件領(lǐng)域的應(yīng)用

黎小勝1,何 鳳2,王莉敏3

(1.信陽師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,河南 信陽 464000；2.信陽師范學(xué)院 商學(xué)院,河南 信陽 464000；3.信陽師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,河南 信陽 464000)

量子信息論是量子計(jì)算與量子信息理論的一部分,屬于跨多學(xué)科、交叉領(lǐng)域的科學(xué)知識,量子效率是量子信息論中非常重要的一個概念,其在理論物理和量子化學(xué)等分支學(xué)科中都有著廣泛的應(yīng)用.但與理論物理中強(qiáng)調(diào)整體概念不同的是,我們在量子化學(xué)中往往會將量子效率區(qū)分為兩種:內(nèi)量子效率、外量子效率,二者在概念、實(shí)際意義等多方面都差別較大。我們的研究內(nèi)容主要給出了內(nèi)(外)量子效率在量子化學(xué)中的實(shí)際意義,指明其與研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光器件的內(nèi)在聯(lián)系;探討了量子化學(xué)領(lǐng)域一些具有優(yōu)越性能的主客體發(fā)光材料,可為進(jìn)一步制備多種性能優(yōu)異的有機(jī)電致發(fā)光器件提供積極的參考。

量子效率；量子化學(xué)；有機(jī)電致發(fā)光器件；主體材料；客體材料

量子計(jì)算和量子信息[1]是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》中基礎(chǔ)性前沿研究方面的四項(xiàng)重大科學(xué)計(jì)劃之一,也是近年來發(fā)展很快的研究領(lǐng)域。量子信息處理具有經(jīng)典信息處理所沒有的優(yōu)越性及特殊性,這方面研究的突破,有可能在信息、通信和應(yīng)用化學(xué)等領(lǐng)域帶來重大的變革,具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)效益。

量子效率是量子信息理論非常重要的一部分,它在量子信息論等交叉學(xué)科中均有廣泛的運(yùn)用,近年來對其的研究也愈發(fā)成熟。在化工領(lǐng)域,有機(jī)電致發(fā)光器件[2]的發(fā)光效率可以分為量子效率、流明效率和功率效率，這里的量子效率與我們一般意義上的概念有所不同，它是指器件向外發(fā)射的光子數(shù)與注入的電子空穴對數(shù)量之比，量子效率又分為內(nèi)量子效率和外量子效率。

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)

如前所述,有機(jī)電致發(fā)光材料分為熒光和磷光兩類材料。熒光材料由于三線態(tài)激子存在自旋禁阻的原因而只能利用單線態(tài)激子發(fā)光,量子力學(xué)統(tǒng)計(jì)表明[3]:三線態(tài)激子與單線態(tài)激子之比為 3∶1,三線態(tài)激子因?yàn)榻柙蚨饕l(fā)生非輻射衰減。因此,電致熒光材料內(nèi)量子效率最高為25%,外量子效率最大也僅為5%,使得有機(jī)電致熒光器件的發(fā)展受到限制。因此,如何利用三線態(tài)激子和單線態(tài)激子同時(shí)發(fā)光,成為挖掘高效電致發(fā)光材料的重要課題。

由于受有機(jī)電致發(fā)光材料中內(nèi)(外)量子效率較低的困擾,廣大科學(xué)工作者們也一直在尋求更好的解決策略。研究發(fā)現(xiàn),重金屬離子與有機(jī)小分子結(jié)合后,因重原子效應(yīng)而存在強(qiáng)烈的旋軌耦合作用,能夠同時(shí)收集三線態(tài)和單線態(tài)激子,從而使得傳統(tǒng)熒光有機(jī)發(fā)光二極管突破內(nèi)量子效率25%的理論限制而達(dá)到100%[4],這無疑給我們提供了很好的思路。

截止到當(dāng)前,科研工作者們對有機(jī)磷光銥(III)、Pt(II)配合物的綠光、黃光器件所具有的大體積空間位阻效應(yīng)的客體材料結(jié)構(gòu)與器件性能之間的關(guān)系研究有了長足的進(jìn)展,但是對于開發(fā)廉價(jià)、高穩(wěn)定性、大尺寸、高產(chǎn)品良率的發(fā)光器件的理論認(rèn)識及其優(yōu)化方案仍需亟待解決。盡管我們已有報(bào)道基于有機(jī)磷光鉑(II)的發(fā)光器件最大外量子效率可達(dá)到20.9%,但是對于開發(fā)新型高效磷光材料使其多樣化,系統(tǒng)闡明材料結(jié)構(gòu)與高穩(wěn)定及高效器件的關(guān)系仍然有待進(jìn)一步研究。

基于以上研討,若想制備具有較好發(fā)光效應(yīng)且有較大空間位阻的磷光材料,一方面需要設(shè)計(jì)合適的配體,使得配合物具有大體積空間位阻,另一方面需要構(gòu)造設(shè)計(jì)出巧妙的分子結(jié)構(gòu),使發(fā)光器件材料的性能得到最大程度上的改進(jìn)和提高,最后達(dá)到磷光器件完全市場化的效果。

2 小結(jié)

量子效率是量子信息論中提出的概念,但其在化學(xué)領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用,尤其在研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光材料時(shí)多次提及。實(shí)踐中,內(nèi)(外)量子效率的高低是檢驗(yàn)有機(jī)電致發(fā)光器件性能優(yōu)越與否的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

本課題針對當(dāng)前研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光器件領(lǐng)域存在的問題,引入量子信息論中量子效率的概念,并將此概念與化學(xué)學(xué)科緊密地結(jié)合起來,深入研究量子效率在該領(lǐng)域的具體應(yīng)用,屬于跨學(xué)科、交叉領(lǐng)域的科學(xué)知識,也屬于未來社會信息化與工業(yè)化交叉融合的一部分。

[1] Nielsen M A，Chuang I L.Quantum computation and quantum information[M].Cambridge:Cambridge University Press,2000.

[2] 黃春輝，李富友，黃 維.有機(jī)電致發(fā)光材料與器件導(dǎo)論[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2005.

[3] Yoo S I,Yoon J A,Kim N H,et al.Structural and optical properties of nanocrystalline ZnO thin films synthesized by the citrate precursor route[J]. J Lumin,2015,160:346-352.

[4] Robin M,Kuai W,Amela-Cortes M,et al. Epoxy based ink as versatile material for inkjet-printed devices[J].ACS Appl Mater Interfaces,2015,39(7):21975-21984.

(本文文獻(xiàn)格式：黎小勝,何 鳳,王莉敏.量子效率在研發(fā)有機(jī)電致發(fā)光器件領(lǐng)域的應(yīng)用[J].山東化工,2017,46(3):78-79.)

The Quantum Efficiency Applied in the Field of Research and Development of Organic Light-Emitting Diodes(OLEDs)

LiXiaosheng1,HeFeng2，WangLimin3

(1. College of Mathematics and Statiscial, Xinyang Normal University,Xinyang 464000,China；2. College of Business, Xinyang Normal University, Xinyang 464000,China；3. College of Chemistry and Chemical Engineering, Xinyang Normal University, Xinyang 464000,China)

Quantum information theory is one part of the quantum computation and quantum information theory，belongs to the scientific knowledge in the field of across multiple disciplines. Quantum efficiency，which has a wide application in the branch of the theoretical physics and quantum chemistry，is a very important concept in quantum information theory. But unlike emphasizing the overall concept in theoretical physics，we divide quantum efficiency into two kinds in the quantum chemistry: internal quantum efficiency，external quantum efficiency，both of which are greatly different in many aspects. Our research contents mainly discuss the practical significance of internal (external) quantum efficiency in the quantum chemistry，and point out their inner connection with the research and development of organic light-emitting diodes; we research，design，and synthesis of some host-guest luminescent materials of the quantum chemistry，which are good choices for the preparation of high performance of OLEDs.

Quantum efficiency; Quantum chemistry; organic light-emitting diodes; host material; guest material

2016-12-23

國家自然科學(xué)基金(11547122)；河南省教育廳項(xiàng)目(14B150011, 16B110012)；信陽師范學(xué)院"南湖學(xué)者獎勵計(jì)劃"青年項(xiàng)目；信陽師范學(xué)院大學(xué)生科研基金資助(2016-DXS-22)

黎小勝(1985—)，男,河南信陽人,博士,主要研究方向?yàn)榱孔有畔⒃诮徊骖I(lǐng)域的應(yīng)用。

O641.12

B

1008-021X(2017)03-0078-02