量子效率在研發有機電致發光器件領域的應用

黎小勝,何 鳳 ,王莉敏

(1.信陽師范學院 數學與統計學院,河南 信陽 464000；2.信陽師范學院 商學院,河南 信陽 464000；3.信陽師范學院 化學化工學院,河南 信陽 464000)

生產與應用

量子效率在研發有機電致發光器件領域的應用

黎小勝1,何 鳳2,王莉敏3

(1.信陽師范學院 數學與統計學院,河南 信陽 464000；2.信陽師范學院 商學院,河南 信陽 464000；3.信陽師范學院 化學化工學院,河南 信陽 464000)

量子信息論是量子計算與量子信息理論的一部分,屬于跨多學科、交叉領域的科學知識,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等分支學科中都有著廣泛的應用.但與理論物理中強調整體概念不同的是,我們在量子化學中往往會將量子效率區分為兩種:內量子效率、外量子效率,二者在概念、實際意義等多方面都差別較大。我們的研究內容主要給出了內(外)量子效率在量子化學中的實際意義,指明其與研發有機電致發光器件的內在聯系;探討了量子化學領域一些具有優越性能的主客體發光材料,可為進一步制備多種性能優異的有機電致發光器件提供積極的參考。

量子效率；量子化學；有機電致發光器件；主體材料；客體材料

量子計算和量子信息[1]是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》中基礎性前沿研究方面的四項重大科學計劃之一,也是近年來發展很快的研究領域。量子信息處理具有經典信息處理所沒有的優越性及特殊性,這方面研究的突破,有可能在信息、通信和應用化學等領域帶來重大的變革,具有廣泛的實際應用前景及經濟效益。

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科中均有廣泛的運用,近年來對其的研究也愈發成熟。在化工領域,有機電致發光器件[2]的發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，它是指器件向外發射的光子數與注入的電子空穴對數量之比，量子效率又分為內量子效率和外量子效率。

1 研究現狀及發展動態

如前所述,有機電致發光材料分為熒光和磷光兩類材料。熒光材料由于三線態激子存在自旋禁阻的原因而只能利用單線態激子發光,量子力學統計表明[3]:三線態激子與單線態激子之比為 3∶1,三線態激子因為禁阻原因而主要發生非輻射衰減。因此,電致熒光材料內量子效率最高為25%,外量子效率最大也僅為5%,使得有機電致熒光器件的發展受到限制。因此,如何利用三線態激子和單線態激子同時發光,成為挖掘高效電致發光材料的重要課題。

由于受有機電致發光材料中內(外)量子效率較低的困擾,廣大科學工作者們也一直在尋求更好的解決策略。研究發現,重金屬離子與有機小分子結合后,因重原子效應而存在強烈的旋軌耦合作用,能夠同時收集三線態和單線態激子,從而使得傳統熒光有機發光二極管突破內量子效率25%的理論限制而達到100%[4],這無疑給我們提供了很好的思路。

截止到當前,科研工作者們對有機磷光銥(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的客體材料結構與器件性能之間的關系研究有了長足的進展,但是對于開發廉價、高穩定性、大尺寸、高產品良率的發光器件的理論認識及其優化方案仍需亟待解決。盡管我們已有報道基于有機磷光鉑(II)的發光器件最大外量子效率可達到20.9%,但是對于開發新型高效磷光材料使其多樣化,系統闡明材料結構與高穩定及高效器件的關系仍然有待進一步研究。

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

2 小結

量子效率是量子信息論中提出的概念,但其在化學領域也有著廣泛的應用,尤其在研發有機電致發光材料時多次提及。實踐中,內(外)量子效率的高低是檢驗有機電致發光器件性能優越與否的重要標準之一。

本課題針對當前研發有機電致發光器件領域存在的問題,引入量子信息論中量子效率的概念,并將此概念與化學學科緊密地結合起來,深入研究量子效率在該領域的具體應用,屬于跨學科、交叉領域的科學知識,也屬于未來社會信息化與工業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.有機電致發光材料與器件導論[M].上海:復旦大學出版社,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.

(本文文獻格式：黎小勝,何 鳳,王莉敏.量子效率在研發有機電致發光器件領域的應用[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

國家自然科學基金(11547122)；河南省教育廳項目(14B150011, 16B110012)；信陽師范學院"南湖學者獎勵計劃"青年項目；信陽師范學院大學生科研基金資助(2016-DXS-22)

黎小勝(1985—)，男,河南信陽人,博士,主要研究方向為量子信息在交叉領域的應用。

O641.12

B

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