研究背景：

热激子材料可高效利用高能三重态激子，是高性能深蓝光OLED极具潜力的候选材料体系。当前绝大多数热激子蓝光OLED依赖真空蒸镀制备，生产成本高、材料利用率低。而溶液加工路线更适合大面积产业化，但现有工艺需氯苯、氯仿等有毒有机溶剂制备发光层薄膜，存在环境与健康隐患，限制规模化应用。将有机半导体制备水分散纳米颗粒，可完全规避有毒溶剂，但目前水分散纳米颗粒OLED综合性能普遍弱于有机溶剂体系薄膜，发光层成膜工艺缺乏系统性优化方案，制约器件性能突破。因此，开发高通量工艺筛选策略、制备高性能水分散纳米颗粒深蓝光OLED具备重要产业化价值。

文章概述：

华南理工大学李宁课题组开发了基于热激子材料PAC的稳定水分散有机纳米悬浮液，并搭建自动化高通量实验平台，系统完成薄膜旋涂前处理与退火后处理全流程工艺优化，建立“制备工艺-光物理特性-器件性能”关联模型。经工艺优化后的水分散纳米颗粒薄膜相比传统氯仿加工薄膜，实现更低启亮电压、更高器件最大外量子效率。基于该发光层的OLED器件展现出448 nm的深蓝光，启亮电压低至3.8 V，最大外量子效率达4.1%；界面表征说明低启亮电压来源于能级匹配改善与纳米颗粒诱导的界面形貌协同调控，为绿色环保型溶液加工蓝光器件提供全新可行方案。

图文导读：

图1a为热激子发光分子PAC与表面活性剂C16TAB化学结构；图1b为动态光散射测试纳米颗粒粒径分布，平均粒径42.99 nm，分散系数为0.119，分散性优异；图1c对比纳米悬浮液与旋涂薄膜的紫外吸收、光致发光光谱；图1d展示整套自动化高通量薄膜工艺筛选平台完整工作流程，可同步完成配液、旋涂、退火、光电表征，实验效率提升近300倍。

图2为不同旋涂浓度、转速等前处理工艺下纳米薄膜表征。图2a为各组薄膜吸收与光致发光光谱；图2b为时间分辨荧光衰减曲线；图2c为提取辐射跃迁速率Kr、非辐射跃迁速率Knr、系间窜越速率KISC、反系间窜越速率KRISC四项动力学参数；图2d为不同工艺薄膜的AFM形貌图。其中20 mg/mL、3000 rpm条件下薄膜表面粗糙度仅2.08 nm，兼具最高辐射跃迁速率与反系间窜越速率，非辐射损耗被显著抑制，为最优前处理工艺组合。

图3系统探究退火温度、退火时间的后处理工艺对薄膜四项动力学参数的影响，虚线为传统氯仿溶液参比薄膜指标。温和退火可去除残留溶剂、降低界面缺陷，提升三重态激子的利用；过高温度或过长退火时间会引发分子团聚、相分离，加剧非辐射复合。最终筛选出90-120 ℃、5-15 min最优退火窗口，优化后薄膜激子动力学性能全面优于氯仿加工薄膜。

图4为最终OLED器件性能测试结果。图4a为完整器件结构；图4b为各功能层能级排布图；图4c-e分别对比水分散纳米颗粒器件与氯仿参比器件的电流密度-电压-亮度、电流效率-亮度、外量子效率曲线；图4f为不同器件6 V下电致发光光谱。水分散纳米器件实现448 nm 深蓝光发射，CIE色坐标(0.15,0.11)，启亮电压3.8 V，最大外量子效率4.1%，低电压驱动与峰值效率显著优于传统有机溶剂器件。

本研究得到国家自然科学基金、教育部基础与交叉学科突破计划、TCL 科技创新基金资助。

论文信息：

Unlocking solution-processable deep-blue “hot-exciton” electroluminescence via high-throughput optimized aqueous organic nanoparticles

Hongyu Zhang, Zhe Liu, Xujie Hui, Tianyuan Shi, Mingke Li, Junyan Zhu, Jiahao Li, Zhuo Feng, Qin Wang, Jingyan Qi, Kang An, Lveting Zhang, Lei Ying, Shi-Jian Su, Yuguang Ma, Ning Li*

Advanced Materials Technologies

DOI:10.1002/admt.71097

原文链接：

https://doi.org/10.1002/admt.71097

期刊介绍：

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