自1994年以來,田文晶教授作為負責人完成一項國家自然科學青年基金項目“電注入發(fā)光聚合物的能帶工程”(1995-1997),一項國家自然科學基金重大項目子課題“有機/聚合物光電信息材料的光電性能及相關物理過程研究”(1997-2000),一項國家自然科學基金委國際合作項目“有機聚合物光電功能材料的設計合成及其光伏特性研究” (2006-2008),一項吉林省科技計劃發(fā)展項目 “有機聚合物光電功能材料載流子遷移率的研究”(2006-2008),以及長春市科技計劃項目“有機聚合物光伏(太陽能)電池的研究” (2007-2008)。兩項國家自然科學基金委面上項目“各向異性有機聚合物發(fā)光與傳輸材料的制備及性能研究” (2001-2003)、“共軛聚合物給體/分子受體復合體系的制備及光伏特性研究”(2005-2007),一項吉林省科技計劃發(fā)展項目“共軛聚合物光伏材料與器件的研究”(2005-2007),作為學術骨干完成3項國家自然科學基金項目,2項國家“863”項目,1項國家教育部骨干教師團隊基金。2002年,作為學術骨干的研究成果“新型有機電致發(fā)光材料的基礎研究”獲得中國高??茖W技術獎一等獎(沈家驄、馬於光、王悅、田文晶、吳英)。2006年入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃。
近年來發(fā)表學術論文80多篇,其中SCI論文60余篇,被引用100余次。培養(yǎng)博士研究生12名(畢業(yè)6名,在讀6名),碩士研究生18名(畢業(yè)9名,在讀9名),主要研究成果如下:
建立了有機聚合物材料體系的能級結構的表征方法,研究了大量有機/聚合物光電功能材料的能級結構,結合量子化學計算,探討了不同取代基及不同分子結構與構象對其能級結構的影響,得到了一系列對有機/聚合物光電功能材料的分子設計與器件設計有指導意義的結果。 近幾年來,在有機聚合物電致發(fā)光方面,田文晶教授研究組設計合成了新型給受體型發(fā)光材料和共軛樹枝狀發(fā)光材料,研究了材料的光物理性質和電致發(fā)光性能。并通過PVK與新型藍光材料Cz6F之間形成的電致激基復合物,實現(xiàn)了高色純度的白光電致發(fā)光器件。具體研究成果如下:
1.設計合成了四種新型的的具有分子內電荷轉移性質的給受體(D-π-A)分子,它們的受體均為二硫縮烯酮,給體選擇具有不同給電子能力的咔唑、三苯胺、N,N’-二甲基苯甲胺和吩噻嗪,通過對其光譜性質和其與PVK摻雜體系的光致發(fā)光和電致發(fā)光性質的研究發(fā)現(xiàn),改變D-π-A分子中不同給電子能力的給體基團,可以調控其帶隙,進而實現(xiàn)對D-π-A分子發(fā)光峰位的調節(jié);給電子基團空間立構效應越高,其熒光量子效率越高;在摻雜體系的光致發(fā)光和電致發(fā)光中,PVK與D-π-A分子之間都發(fā)生了有效的能量轉移,并隨給受體分子中給體的給電子能力增加發(fā)光峰位逐漸紅移。當PVK與TKD摻雜比為6%時,電致發(fā)光器件發(fā)光亮度為729.1cd/m2時,發(fā)光效率達到1.75cd/A。
2.采用簡單的收斂法合成了以三苯胺為外圍基團,分別以三苯苯、苯、茚和蒽等基團做為中心核的共軛樹枝狀分子。這類化合物具有較好的溶解性、熱穩(wěn)定性和較高的熒光量子效率。其中以三苯苯為核,外圍通過雙鍵接的樹枝狀分子TPB-TPA3和TPB-TPA9玻璃化轉變溫度(Tg)大于130℃,熒光量子效率為100%,同時研究表明,它們的空穴傳輸能力和經(jīng)典空穴傳輸材料NPB相當,并可以通過調節(jié)樹枝狀分子的外圍基團和代數(shù)來調控分子的空穴傳輸能力。以茚為核的樹枝狀分子Tr-TPA3和Tr-TPA9玻璃化轉變溫度(Tg)大于130℃,熒光量子效率分別為100%和82.7%,且具有比以三苯苯為核的樹枝狀分子具有更好的空穴傳輸能力。更為有趣的是,以蒽為核的樹枝狀分子An-TPA2, An-TPA6和An-TPA14,在溶液狀態(tài)下基本不發(fā)光,而在固態(tài)的時候有強烈的熒光,這是首次發(fā)現(xiàn)樹枝狀分子具有聚集誘導發(fā)光的現(xiàn)象。同時它們也具有更高的熱穩(wěn)定性,熱分解溫度都在450℃以上。由于它具有較高的分子量和良好的溶解性,可以通過溶液旋涂制備器件。
3.研究了新型以芴為中心通過碳碳三鍵連接的齊聚咔唑分子(Cz6F)與PVK摻雜體系的光致發(fā)光和電致發(fā)光性能,制備了結構為ITO/PEDOT/ PVK:Cz6F(1:1)/Alq3/Al,色坐標為(0.30,0.33)的白光電致發(fā)光器件。研究表明,電致發(fā)光光譜中藍光區(qū)域的發(fā)射歸結為Cz6F分激基締合物在電激發(fā)下的發(fā)射,長波方向的發(fā)射歸結為PVK與Cz6F分子在電激發(fā)條件下形成的電致激基復合物的發(fā)射。