雙(2--氧代--7--氮雜吲哚--3--亞基)苯并二呋喃二酮基共軛聚合物的合成與場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能的研究.pdf

1、近年來(lái)，可溶液加工的共軛聚合物在輕質(zhì)、低成本和大面積柔性電子器件等方面有很高的應(yīng)用價(jià)值，因此引起了廣泛的研究關(guān)注。在基于這些共軛聚合物的器件中，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(organic field effect transistor，OFETs)作為電路構(gòu)建的組件以及用于有源矩陣顯示器和非易失性存儲(chǔ)器等器件中具有特殊意義。為了提升器件性能，已經(jīng)有很多共軛聚合物半導(dǎo)體材料被研究報(bào)道出來(lái)，其中p型半導(dǎo)體材料的研究已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，相比之下，n型半

2、導(dǎo)體材料的發(fā)展要滯后很多，而n型半導(dǎo)體材料是構(gòu)筑互補(bǔ)晶體管邏輯電路的重要組成部分，因此研究穩(wěn)定的n型半導(dǎo)體材料是很有必要的。為了得到高性能n型聚合物半導(dǎo)體，目前的主要研究方向是構(gòu)建新的缺電子受體單元。本文用吡啶環(huán)代替雙（2-氧代二氫吲哚-3-亞基）-苯并二呋喃-二酮(BIBDF)的外側(cè)苯環(huán)構(gòu)建一種新型的缺電子單元(3E，7E)-3，7-雙（6-溴-1-（4-癸基十四烷基）-2-氧代-7-氮雜吲哚-3-亞基）苯并[1，2-b:4，5-b'

3、]二呋喃-2，6(3H，7H)-二酮(BABDF)，基于此單元合成了三種新的n型D-A共軛聚合物PBABDF-DT、PBABDF-TVT和PBABDF-nonTVT，并進(jìn)一步研究了三種聚合物的熱性能、光物理特性、電化學(xué)性質(zhì)、場(chǎng)效應(yīng)性能和微觀結(jié)構(gòu)。具體工作如下:
　　(1)第二章中，使用強(qiáng)缺電子單元BABDF作為受體，以聯(lián)噻吩(DT)和(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基）噻吩(TVT)作為供體合成了兩種供體-受體(D-A)型共

4、軛聚合物PBABDF-DT和PBABDF-TVT。兩種聚合物都具有較深的LUMO能級(jí)(～-4.0eV)以適合電子傳輸?；赑BABDF-DT和PBABDF-TVT的OFET器件的電子遷移率分別高達(dá)1.86cm2V-1s-1和1.56cm2V-1s-1，電流開(kāi)關(guān)比(Ion/Ioff)分別為1.6×106和1.0×106。兩種材料都具有高度均勻的聚合物納米纖維、有序的層狀晶體結(jié)構(gòu)和緊密的π-π堆積，這些都有助于提高電子遷移率。
　　(

5、2)第三章中，為了實(shí)現(xiàn)更高的電子遷移率，在第二章的基礎(chǔ)上，選取π-π堆積距離較小的PBABDF-TVT研究去除烷基側(cè)鏈對(duì)性能的影響。將其供體單元上的十二烷基鏈去除，以強(qiáng)缺電子單元BABDF為受體，以無(wú)烷基鏈的(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基）噻吩(nonTVT)作為供體，合成了一種D-A型共軛聚合物PBABDF-nonTVT。根據(jù)高斯B3LYP/6-31G(d)模擬結(jié)果，PBABDF-nonTVT主鏈的扭轉(zhuǎn)角為0.01°，比PB

6、ABDF-TVT主鏈的9.4°明顯小，骨架共平面性得到明顯改善。聚合物L(fēng)UMO能級(jí)（～-4.0eV）也較深，基于PBABDF-nonTVT的OFET器件的電子遷移率和電流開(kāi)關(guān)比(Ion/Ioff)分別為2.42cm2V-1s-1和2.4×104，比第二章PBABDF-DT和PBABDF-TVT的遷移率都更高。這是因?yàn)檩^小的主鏈扭轉(zhuǎn)角使其具有更均勻的聚合物納米纖維、更有序的層狀晶體結(jié)構(gòu)和更緊密的π-π堆積，這些都有助于進(jìn)一步提高電子遷移率