Abstract The development of single molecule white light emitters is extremely challenging for pure phosphorescent metal-free system at room temperature. Here we report a single pure organic phosphor, namely 4-chlorobenzoyldibenzothiophene, emitting white room temperature phosphorescence with Commission Internationale de l’Éclair-age coordinates of (0.33, 0.35). Experimental and theoretical investigations reveal that the white light emission is emerged from dual phosphorescence, which emit from the first and second excited triplet states. We also demonstrate the validity of the strategy to achieve metal-free pure phosphorescent single molecule white light emitters by intrasystem mixing dual room temperature phosphorescence arising from the low- and high-lying triplet states.

Manipulation of the emission properties of pure organic room-temperature phosphors through molecular design is attractive but challenging. Tremendous efforts have been made to modulate their aggregation behaviors to suppress nonradiative decay in order to achieve efficient light emission and long lifetimes. However, success has been limited. To attain such a goal, here we present a rational design principle based on intrinsic molecular-structure engineering. Comprehensive investigations on the molecular orbitals revealed that an excited state with hybrid (n,π*) and (π,π*) configurations in appreciable proportion is desired. Tailoring the aromatic subunits in arylphenones can effectively tune the energy level and the orbital feature of the triplet exciton. Our experimental data reveal that a series of full-color pure organic phosphors with a balanced lifetime (up to 0.23 s) and efficiency (up to 36.0%) can be realized under ambient conditions, demonstrating the validity of our instructive design principle.

Abstract Development of highly efficient circularly polarized organic light‐emitting diodes (CPOLEDs) has gained increasing interest as they show improved luminous efficiency and high contract 3D images in OLED displays. In this work, a series of binaphthalene‐containing luminogenic enantiomers with aggregation‐induced emission (AIE) and delayed fluorescence properties is designed and synthesized. These molecules can emit from green to red light depending on the solvent polarity due to the twisted intramolecular charge transfer effect. However, their solid powders show bright light emissions, demonstrating a phenomenon of AIE. All the molecules exhibit Cotton effects and circularly polarized luminescence in toluene solution and films. Multilayer CPOLEDs using the doped and neat films of the molecules as emitting layers are fabricated, which exhibit high external quantum efficiency of up to 9.3% and 3.5% and electroluminescence dissymmetry factor ( g EL ) of up to +0.026/−0.021 and +0.06/−0.06, respectively. Compared with doped CPOLEDs, the nondoped ones show higher g EL and much smaller current efficiency roll‐off due to the stronger AIE effect. By altering the donor unit, the electroluminescence maximum of the doped film can vary from 493 to 571 nm. As far as it is known, this is the first example of efficient CPOLEDs based on small chiral organic molecules.

Abstract Purely organic room temperature phosphorescence (RTP) has attracted wide attention recently due to its various application potentials. However, ultralong RTP (URTP) with high efficiency is still rarely achieved. Herein, by dissolving 1,8-naphthalic anhydride in certain organic solid hosts, URTP with a lifetime of over 600 ms and overall quantum yield of over 20% is realized. Meanwhile, the URTP can also be achieved by mechanical excitation when the host is mechanoluminescent. Femtosecond transient absorption studies reveal that intersystem crossing of the host is accelerated substantially in the presence of a trace amount of 1,8-naphthalic anhydride. Accordingly, we propose that a cluster exciton spanning the host and guest forms as a transient state before the guest acts as an energy trap for the RTP state. The cluster exciton model proposed here is expected to help expand the varieties of purely organic URTP materials based on an advanced understanding of guest/host combinations.

Pure organic materials with ultralong room-temperature phosphorescence (RTP) are attractive alternatives to inorganic phosphors. However, they generally show inefficient intersystem crossing (ISC) owing to weak spin-orbit coupling (SOC). A design principle based on the realization of small energy gap between the lowest singlet and triplet states (ΔEST ) and pure ππ* configuration of the lowest triplet state (T1 ) via structural isomerism was used to obtain efficient and ultralong RTP materials. The meta isomer of carbazole-substituted methyl benzoate exhibits an ultralong lifetime of 795.0 ms with a quantum yield of 2.1 %. Study of the structure-property relationship shows that the varied steric and conjugation effects imposed by ester substituent at different positions are responsible for the small ΔEST and pure ππ* configuration of T1 .

Abstract Persistent luminescence is a fascinating phenomenon with exceptional applications. However, the development of organic materials capable of persistent luminescence, such as organic persistent room-temperature phosphorescence, lags behind for their normally low efficiency. Moreover, enhancing the phosphorescence efficiency of organic luminophores often results in short lifetime, which sets an irreconcilable obstacle. Here we report a strategy to boost the efficiency of phosphorescence by intramolecular triplet-triplet energy transfer. Incorpotation of (bromo)dibenzofuran or (bromo)dibenzothiophene to carbazole has boosted the intersystem crossing and provided an intramolecular triplet-state bridge to offer a near quantitative exothermic triplet–triplet energy transfer to repopulate the lowest triplet-state of carbazole. All these factors work together to contribute the efficient phosphorescence. The generation and transfer of triplet excitons within a single molecule is revealed by low-temperature spectra, energy level and lifetime investigations. The strategy developed here will enable the development of efficient phosphorescent materials for potential high-tech applications.

The development of intelligent materials, in particular those showing the highly sensitive mechanoresponsive luminescence (MRL), is desirable but challenging. Here we report a design strategy for constructing high performance On-Off MRL materials by introducing nitrophenyl groups to molecules with aggregation-induced emission (AIE) characteristic. The on-off methodology employed is based on the control of the intersystem crossing (ISC) process. Experimental and theoretical investigations reveal that the nitrophenyl group effectively opens the nonradiative ISC channel to impart the high sensitivity and contrast On-Off behavior. On the other hand, the twisted AIE luminogen core endows enhanced reversibility and reduces the pressure required for the luminescence switching. Thin films can be readily fabricated from the designed materials to allow versatile applications in optical information recording and haptic sensing. The proposed design strategy thus provides a big step to expand the scope of the unique On-Off MRL family.

Multifunctional emitting materials are scarce and need to be further explored. Now, a newly anthraquinone derivative, 2-(phenothiazine-10-yl)-anthraquinone (PTZ-AQ) was designed and synthesized and found to demonstrate polymorphism, multi-color emission, aggregation-induced emission (AIE), mechanochromic luminescence (MCL), and thermally activated delayed fluorescence (TADF) in its different solid forms. It is shown for the first time that TADF properties of a compound can be systematically tuned via its aggregation state. The optimized PTZ-AQ crystal shows a small singlet-triplet energy splitting of 0.01 eV and exhibits red TADF with a photoluminescence quantum yield as high as 0.848. This study shows that the unique multiple functions can be integrated into one single compound through controlling the aggregation states, which provides a new strategy for the investigation and application of multifunctional organic materials.

Abstract Pocket damper seal, Hole-pattern/Honeycomb damper seals have been commonly used for many years as damper seals in multiple-stage centrifugal compressor, introducing additional damping to improve the shaft rotordynamic stability. However, there are few literatures focusing on the application assessment of damper seals in high-pressure steam turbines. This paper presents a comprehensive assessment and comparison on the rotordynamic characteristics of a fully-partitioned pocket damper seal and a staggered labyrinth seal used as the balance piston seal in a 150MW 3000rpm multistage single casing steam turbine. The staggered labyrinth seal is an original seal scheme where the steam turbine experienced strong subsynchronous rotordynamic instability, preventing full load operation of the machine. The fully-partitioned pocket damper seal was designed (the same sealing clearance, inner diameter and axial length) to increase the rotor net damping and eliminate the subsynchronous vibration. The straight swirl brake device also was implemented at seal entrance as a solution scheme to reduce the swirl velocity and enhance the seal net damping capability at high inlet preswirl condition (inlet preswirl ratio is 0.5). Numerical results of seal rotordynamic force coefficients, cavity pressure and swirl velocity developments were presented and discussed, using a proposed transient CFD-based perturbation method based on the multiple-frequency elliptical-orbit rotor whirling model. Results show that the present fully-partitioned pocket damper seal with inlet swirl brake is a good balance piston seal scheme for the present steam turbine, as a replacement scheme of the original staggered labyrinth seal, to increase the rotor net damping and eliminate the subsynchronous vibration.