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Spray coated perylenebisimide/polymer film with controllable molecular aggregation state and emission properties
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2020-1-14 , DOI: 10.1039/c9ra09950f Rui Yang 1 , Zhijia Hu 1, 2 , Yaxin Li 2 , Jiangying Xia 2 , Jiajun Ma 1 , Junxiao Yang 1
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2020-1-14 , DOI: 10.1039/c9ra09950f Rui Yang 1 , Zhijia Hu 1, 2 , Yaxin Li 2 , Jiangying Xia 2 , Jiajun Ma 1 , Junxiao Yang 1
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Dye doped organic thin films with controllable molecular aggregation and emission properties are of broad interest to the scientific community owing to their large number of potential applications in physics, chemistry, and materials science. Here, a spray coating method was used to prepare perylenebisimides (PBI) doped polymer films. In this study, the effects of the dye concentration, polymer matrix, solvent, and casting process on the optical properties of the resulting films were studied. The aggregation of the PBI into monomer, dimer, and oligomer forms, was rapidly and simply controlled based on the concentration dependence of PBI. The molecular aggregation mechanism in the film forming process for PBI doped polystyrene (PS) was further analyzed by computer simulations. The blends rapidly reached their lowest Gibbs free energy owing to the “frozen” polymer chains and confinement of PBI, molecules with different aggregation states. Therefore, the PBIs/PS films prepared under different conditions had different fluorescent lifetimes and absolute quantum yields. Narrow emission, amplified spontaneous emission (ASE) and random lasing (RL) were observed in PBI doped PS films when photo-pumped at 532 nm in transmittance and waveguide modes, respectively. A lower ASE and RL threshold were obtained for PS films doped with monomeric PBI than those in other aggregation states. Moreover, the solvent use in film deposition greatly influenced the emission properties of the PS films by altering their microstructures. These results indicate potential applications for spray coated dye/polymer films in organic solid-state lasers.
中文翻译：
喷涂苝双酰亚胺/聚合物薄膜，具有可控的分子聚集状态和发射性能
具有可控分子聚集和发射特性的染料掺杂有机薄膜由于其在物理、化学和材料科学中的大量潜在应用而引起了科学界的广泛兴趣。这里，采用喷涂方法制备苝双酰亚胺（PBI）掺杂聚合物薄膜。在这项研究中，研究了染料浓度、聚合物基体、溶剂和浇铸工艺对所得薄膜的光学性能的影响。根据 PBI 的浓度依赖性，可以快速、简单地控制 PBI 聚集成单体、二聚体和低聚物形式。通过计算机模拟进一步分析了PBI掺杂聚苯乙烯（PS）成膜过程中的分子聚集机制。由于“冻结”的聚合物链和 PBI（具有不同聚集状态的分子）的限制，共混物迅速达到最低的吉布斯自由能。因此，不同条件下制备的PBIs/PS薄膜具有不同的荧光寿命和绝对量子产率。当在透射模式和波导模式下以 532 nm 光泵浦时，分别在 PBI 掺杂 PS 薄膜中观察到窄发射、放大自发发射 (ASE) 和随机激光 (RL)。与其他聚集态相比，掺杂单体 PBI 的 PS 薄膜获得了较低的 ASE 和 RL 阈值。此外，薄膜沉积中溶剂的使用通过改变PS薄膜的微观结构极大地影响了PS薄膜的发射性能。这些结果表明喷涂染料/聚合物薄膜在有机固态激光器中的潜在应用。
更新日期：2020-01-14
中文翻译：
喷涂苝双酰亚胺/聚合物薄膜，具有可控的分子聚集状态和发射性能
具有可控分子聚集和发射特性的染料掺杂有机薄膜由于其在物理、化学和材料科学中的大量潜在应用而引起了科学界的广泛兴趣。这里，采用喷涂方法制备苝双酰亚胺（PBI）掺杂聚合物薄膜。在这项研究中，研究了染料浓度、聚合物基体、溶剂和浇铸工艺对所得薄膜的光学性能的影响。根据 PBI 的浓度依赖性，可以快速、简单地控制 PBI 聚集成单体、二聚体和低聚物形式。通过计算机模拟进一步分析了PBI掺杂聚苯乙烯（PS）成膜过程中的分子聚集机制。由于“冻结”的聚合物链和 PBI（具有不同聚集状态的分子）的限制，共混物迅速达到最低的吉布斯自由能。因此，不同条件下制备的PBIs/PS薄膜具有不同的荧光寿命和绝对量子产率。当在透射模式和波导模式下以 532 nm 光泵浦时，分别在 PBI 掺杂 PS 薄膜中观察到窄发射、放大自发发射 (ASE) 和随机激光 (RL)。与其他聚集态相比，掺杂单体 PBI 的 PS 薄膜获得了较低的 ASE 和 RL 阈值。此外，薄膜沉积中溶剂的使用通过改变PS薄膜的微观结构极大地影响了PS薄膜的发射性能。这些结果表明喷涂染料/聚合物薄膜在有机固态激光器中的潜在应用。
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