本论文的主要工作是研究聚合物场效应晶体管材料中结构和性能的关系,并在结构和性能关系研究的基础上,合理设计合成新的高性能共轭聚合物材料。　　在第一部分工作中,我们从常常被人们忽略的弱相互作用——烷基链间的相互作用出发,分析了烷基链对聚合物主链可能产生的影响。设计并合成了世界上第一个基于异靛青(isoindigo)结构单元的聚合物场效应晶体管材料。研究发现该类聚合物具有较低的HOMO能级,因此具有很好的空气稳定性,并可在湿度高达60％的空气中稳定长达6个月之久。为了探究异靛青类聚合物的结构和性能之间的关系,并希望通过对异靛青骨架的研究探讨一些普适性的材料结构设计策略,我们进一步设计合成了十多种该类聚合物材料,深入开展了聚合物主链的结构和性能关系的研究。研究结果发现聚合物片段的对称性和聚合物骨架在膜状态下的构象具有密切的关系,并且极大地影响着聚合物的有序排列,从而影响聚合物材料在膜状态下的迁移率。我们通过在噻吩片段引入甲基的实验进一步证明了我们关于烷基链对分子间相互作用的影响的推测。为进一步减小烷基侧链对共轭骨架间π-π相互作用的影响,我们首次开展了烷基链分叉位置影响的研究,发现随着分叉位置渐渐远离聚合物的主干,π-π堆积距离会逐渐变小,当距离为三个亚甲基时达到了最大迁移率3.62 cm2 V–1 s–1。此研究结果揭示了烷基链对材料性能的复杂影响,对聚合物材料的设计具有十分重要的意义。　　在第二部分工作中,我们致力于通过对聚合物骨架的修饰改变聚合物的载流子传输性质,并提高器件的稳定性。我们通过在异靛青上引入氟原子降低了聚合物的LUMO能级,该聚合物实现了可在空气中加工和测试的双极传输性质,空穴迁移率达到1.85 cm2 V–1 s–1,电子迁移率达到0.43 cm2 V–1 s–1。另一方面,尽管氟原子被广泛用于修饰共轭聚合物,而氯原子对共轭聚合物进行修饰则未见报道。我们通过高效的区域选择性氯化反应,将氯原子引入异靛青聚合物,首次实现了空气稳定的平衡的双极性传输性能,并且基于该聚合物的反相器器件也表现出了很高的增益。这一结果为提高聚合物中的电子迁移率和稳定性提供了一个新的设计思路。　　在第三部分工作中,我们利用从异靛青类聚合物结构与性能研究的成果,通过分析对苯撑乙烯(PPV)体系低迁移率的原因,发展了一种全新的缺电子分子骨架 BDOPV,该分子表现出了明显低于传统缺电子片段的LUMO能级(–4.24 eV)。我们首先将其用于高迁移率PPV类材料构筑,设计合成了聚合物BDPPV。其在空气中表现出了很高的电子迁移率,达到了1.1 cm2 V–1 s–1。该研究结果改变了PPV材料仅具有较低迁移率的历史,证明了PPV类衍生物在场效应晶体管中的应用前景。基于BDOPV结构,我们使用噻吩作为给体合成了基于这一结构的给受体类聚合物BDOPV-2T。该聚合物在空气下表现出了高达1.74 cm2 V–1 s–1的电子迁移率。在氧气掺杂条件下,该聚合物进一步表现出了高效的双极性传输,其电子迁移率高达到1.45 cm2 V–1 s–1,空穴迁移率达到0.47 cm2 V–1 s–1,进一步证明BDOPV是一个很好的聚合物场效应晶体管结构单元。此外,根据该研究结果,我们还对氧气掺杂的原理开展了进一步的理论计算研究和机理探讨。　　论文的第四部分总结了博士期间关于有机微纳晶体生长机理的相关研究工作。为了设计合成具有特定功能的微纳米结构,我们首先在超分子聚合物纳米线的侧基引入了不同的官能团。在引入这些官能团后,单体依然保持了很好的一维生长倾向,同时它们的发光性质发生了明显的变化。这一研究实现了对纳米线的“正交修饰”,即引入官能团后并未对自组装性质产生明显的影响。为了进一步研究这类有机微纳材料生长机理,我们利用动态光散射(DLS)技术原位监测了纳米线的生长过程,并利用TEM和AFM进一步研究了功能化纳米线的微观排列。我们提出了纳米线的形成过程包括成核、增长、“oriented-attachment”过程和融合等4个过程。该研究首次将“oriented-attachment”理论应用于有机材料生长机理的研究中,为控制有机微纳材料的生长提供了很好的设计思路。　　总之,本论文运用超分子化学的思想和方法,特别是通过对分子间弱相互作用力的分析来设计合成有机光电功能材料,研究器件性能,并探索其结构和性能的关系。此外,我们进一步利用研究得到的结构和性能的关系,设计合成新的材料体系,并最终实现了新的材料体系的开发。