论文部分内容阅读
共轭聚合物(Conjugated polymers)通常指骨架上由共轭体系交替相连的一类聚合物。由于该类聚合物有较大的共轭体系存在,能级间隔变小,因此此类共轭聚合物具有有独特的光电性能,使其能在电致发光材料,OFETs,OPVs,传感器等领域得到实际应用。与传统无机材料相比共轭聚合物半导体材料具有低成本、柔韧性好、污染小以及制做简单等优点。随着可穿戴设备的概念将电源,显示器,通信和传感集成到人们的日常佩戴中,电池,传感器,发光二极管等柔性有机电子产品的前景十分广阔,而高结晶度的材料因其较差的机械弹性又不适用于柔性器件的制备。因此,获得低结晶度同时仍具有高载流子迁移率的共轭聚合物已成为构建柔性晶体管的关键问题之一。本论文中,我们将多双键引入共轭聚合物中,以尝试制备低结晶、高迁移率的共轭聚合物材料。共轭聚合物中的电荷载流子迁移率有两个方面共同决定:链间电荷转移和链内电荷转移,由于双键的构象异构化作用,多个双键的引入势必造成聚合物结晶度的降低,导致聚合物链间载流子传输速率的下降,然而假设随着双键链接比例(个数)的持续增加,载流子沿链内的传输速度将得到提高,并有可能超过异构化作用带来的链间传输速率的降低,因此多双键链接体系下低结晶、高迁移率的共轭聚合物实现存在一定可能性,并已经被少量文献报道。本论文在获得此类多双共轭聚合物的基础上,继续研究双键比例效应对共轭聚合物结晶度和迁移率的影响,利用所得的结论为将来设计高性能的场效应晶体管提供理论支持。具体研究内容如下:(1)合成了基于苯并噻二唑和二噻吩的多双键连接(其中双键的个数为3,比例为100%)的共轭聚合物PTBTV。电化学和吸收光谱的研究可以得到聚合物的LUMO和HOMO能级是-3.60 eV和-5.41eV,满足标准的p-型材料的性质。密度泛函理论计算表明,PTBTV寡聚物主链的平面性增强,从而有利于电荷在聚合物主链间传输。我们同时制备了基于PTBTV的底接触底栅有机场效应晶体管器件,并对其性能进行了检测。在160℃退火之后,器件表现出优异的性能μh=3.2cm2V-1s-1,Ion/off=106,VT为-7V,在更高温度下退火后器件的性能没有进一步的提高。我们也通过GIXRD和AFM对PTBTV薄膜结晶性进行了研究,得到PTBTV的结晶度比较低。(2)合成了基于一系列苯并噻二唑四分之一噻吩基的共轭聚合物PB4TV0,PB4TV1,PB4TV2和PB4TV3(其中重复单元中分别含有0至3个双键)。电化学和吸收光谱的研究得到未包含双键的PB4TV0最高占据轨道能量(HOMO)为-5.65eV,PB4TV1,PB4TV2和PB4TV3最高占据轨道能量(HOMO)分别为-5.50eV,-5.48eV和-5.41eV,说明引入双键将增强聚合物骨架的共平面性以及增加共轭长度,因此获得更高的最高占据轨道能量(HOMO)。密度泛函理论计算表明,含有双键低聚物的二面角明显比不含双键的低聚物的二面角要小,即引入双键增强了聚合物骨架的共平面性以及增加了共轭长度,我们同时制备了基于PB4TV0,PB4TV1,PB4TV2和PB4TV3的底接触底栅有机场效应晶体管器件,并对其性能进行了检测以及通过GIXRD和AFM对它们薄膜结晶性进行了研究。