有机场效应晶体管(OFETs)由于其柔性、可大面积制备的优点,以及在未来电子学器件中具有潜在应用而引起广泛的关注。OFETs的性能主要由有机半导体层的性质决定。目前空穴传输性质(p-型)有机半导体材料的数目和性能都得到了很大的发展。而相对来说,可以同时传输空穴和电子的双极性(ambipolar)材料以及空气中稳定的n-型(电子传输型)有机半导体材料的发展远远滞后于p-型材料。在本论文中,我们主要致力于双极性有机半导体和空气中稳定的n-型有机半导体材料的研究。我们设计并合成了一类新型双极性半导体材料和三种潜在的n-型半导体材料,并对这些新材料的物理和化学性质进行了研究。具体包括以下几个部分：1.合成了具有不同烷基链取代的s-苯并二茚并二噻吩-4,9-二酮衍生物,对其双极性传输性能进行了实验与理论计算的研究。结果表明通过改变共轭骨架的堆积模式和薄膜的微结构,单极性有机半导体可能转变为双极性的材料。虽然光学和电学测试表明这三个有机半导体具有相似的能级,但是基于它们的OFETs器件却存在截然不同的传输性质。乙基或者十二烷基取代的化合物表现出双极性的传输性质,而正己基取代的化合物表现出p-型单极性传输性质。十二烷基取代的化合物是一个优良的双极性半导体,其最高电子迁移率为0.22 cm2V-1s-1,空穴迁移率为0.03 cm2 V-1s-1。基于这个化合物的CMOS反相器具有超过50的增益值。理论计算揭示了这三个材料传输性能的不同是由分子堆积和薄膜微结构引起的。2.设计合成了不同烷基取代的基于s-苯并二茚并二噻吩-4,9-二烯氰基骨架结构的n-型有机半导体材料,并对其进行了场效应性质的研究。这一系列化合物具有高的热稳定性,通过真空蒸镀法制备的有机场效应器件最高电子迁移率可以达到0.14 cm2 V-1 s-1。用不同功函的金属作为电极(金或者银),其场效应性能相似。通过真空升华对化合物进行纯化,可以进一步提高其场效应性能。XRD表征可以看出,提高基底温度可以得到更有序的薄膜,从而提高场效应性能。由于这系列化合物与C60具有相似的能级,因此它们可以作于电子受体应用于有机太阳能电池中。3.设计合成了三个基于噻吩并吡咯二酮(TPD)结构的化合物,并对其场效应性质及非线性光学性质进行了研究。这些化合物在常用有机溶剂中均表现出很高的溶解性,我们使用溶液旋涂法制备了有机活化层薄膜,并通过热退火提高薄膜的有序性可以成功制备有机场效应晶体管器件。场效应测试结果表明带有烯氰基的醌式结构化合物TPD-T-CN为空气中稳定的n-型有机半导体材料,而不同末位取代的衍生物TPD-2TT-H/C6为p-型材料。另外这一系列化合物还具有非线性光学性质,其中TPD-T-CN的光限幅性能最好。4.利用简洁的合成策略制备了含有六个氮原子的二氢并五苯衍生物DHHAP,并研究了其在溶液中的互变异构与pH响应性质。我们通过紫外光谱结合核磁共振技术研究了DHHAP的互变异构现象与可逆的pH响应性质,并且通过理论计算研究和讨论了这些化合物的稳定性以及芳香性。此外DHHAP化合物也具有非线性光学性质。5.设计合成了多种不同杂原子取代的共轭小分子,对合成方法进行了探索,并对其性质进行了基本表征。分别设计合成了含有羰基的寡居噻吩衍生物,同时含有氮原子和硫原子掺杂的五元共轭稠环化合物,以及氮原子和氧原子掺杂的五元并苯结构。通过在骨架中不同的杂原子的掺杂,研究其能级的变化,有可能得到新型的双极性或者n-型的有机半导体材料。