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具有D-A结构的共轭主链聚合物,能有效地增强分子间的π-π作用力,减小材料的光学带隙,目前作为电荷传输材料已被广泛应用于有机场效应晶体管和聚合物太阳能电池领域的研究,取得了令人瞩目的进展。相对于传统无机材料以及有机小分子半导体材料,聚合物材料具有许多明显的优势,比如成本低、柔韧性和成膜性更好等,展示了良好的应用前景。目前设计具有D-A结构的共聚物是获得优异有机场效应晶体管和聚合物太阳能电池器件性能的最有效地策略之一。本文从这个策略出发,通过对给体和受体分别进行设计和修饰,提出了一些新的设计思路,合成了多个系列具有D-A结构的共聚物,对这些聚合物的结构、热稳定性、光物理性质和电化学性质进行了研究,并对部分聚合物的OFET性能进行了初步评估,在材料结构-性质关系以及相关器件的构筑与性能关系等方面也进行了一些有益的探索。本论文各章的主要内容如下：第一章是绪论,首先对有机半导体材料的基本概念、结构特点和聚合物半导体材料应用前景进行了简要的论述,然后分别介绍了有机场效应晶体管和聚合物太阳能电池的背景知识以及聚合物半导体材料在这两个领域的最近研究进展,并据此总结出了一些材料设计的规则及其结构-性能关系。在此基础上提出了本文的设计思想和研究内容。第二章以并吡咯二酮(DPP)为受体、多联噻吩为给体构筑了四种D-A共轭主链聚合物(Ⅱ-1～Ⅱ-4),通过适当控制反应条件,并利用不同溶剂(如氯仿、氯苯或二氯苯)进行抽提制备了组成结构相同而分子量不同的系列聚合物。采用热重分析、紫外-可见吸收光谱和循环伏安法等表征和比较了聚合物的基本光物理性质。测试了第一种聚合物材料(即由氯仿抽提的产物Ⅱ-1A和氯苯抽提的产物Ⅱ-1B)的电荷传输性能,研究表明分子量大小对器件性能有很重要的影响。分子量相对较高的聚合物Ⅱ-1B的最大空穴迁移率达到了3.46cm2V-1s-1,并且非退火的状态下也到达了1.08cm2V-1s-1,这说明将较长的侧链无取代多联噻吩引入到聚合物主链中,一方面可以微弱减小主链间的作用力,有利于在非退火的状态下提高聚合物空穴迁移率；另一方面可以更大地增加主链间的π-π重叠而提高器件效果。第三章以并吡咯二酮(DPP)为受体、并三噻吩或苯并二噻吩等富电子并环为给体构筑了五种D-A结构共轭主链聚合物(Ⅲ-1～Ⅲ-5)。对其中的两种聚合物,分别采用氯仿和氯苯抽提得到了组成结构相同而分子量不同的产物。测试了聚合物Ⅲ-1的电荷传输性能,其最大迁移率超过了1.0cm2V-1s-1,说明将共轭面大的并三噻吩引入到聚合物中,有利于扩展主链上的共轭面、增加主链间的π-π重叠而提高器件效果。其高迁移率同时说明聚合物Ⅲ-1为一种优良的电荷传输材料。此外,通过对聚合物的光物理性质进行测试,发现部分聚合物具有比较低的HOMO能级,光学带隙比较小,其有可能使相关材料的PSC器件的开路电压(VoC)和短路电流(Jsc)得到改善。第四章以异靛蓝为受体、多联噻吩为给体构筑了三种D-A型共轭主链聚合物(Ⅳ-1～Ⅳ-3)。同样,利用不同的抽提溶剂(氯仿、氯苯或二氯苯)合成了共轭主链结构相同而分子量不同的聚合物。测试了聚合物的光物理性质和电化学性质,研究和探讨了多联噻吩中噻吩单元数目的不同对材料的光学吸收及HOMO和LUMO能级的影响。此外,测试了聚合物Ⅳ-1A和Ⅳ-1B的电荷传输性能,通过比较氯仿抽提的产物Ⅳ-1A和氯苯抽提的产物Ⅳ-1B的器件性能,同样发现分子量的不同对器件性能产生很大的影响,其中分子量相对较高的聚合物Ⅳ-1B的最大迁移率达到了0.025cm2V-1s-1,开关比达到107。第五章以异靛蓝为受体,并二噻吩、并三噻吩或苯并二噻吩等富电子并环为给体构筑了四个D-A共轭主链聚合物(V-1～V-4)。通过测试聚合物的基本光物理性质发现这些聚合物都具有较小的光学带隙,比较好的π-π重叠,以及较低的HOMO能级,初步探讨了聚合物结构与性质间的关系。另外,还发现在侧链引入共轭基团噻吩,有助于提高聚合物在短波方向的吸收强度,同时光学带隙也相应减小,HOMO和LUMO值都有所降低。由此推测这些结果将可能改善和提高相关材料PSC器件的Voc以及电荷传输性能。第六章设计和合成了三个含DPP或异靛蓝的双极性聚合物材料(Ⅵ-1Ⅵ-3)。相比文献报道的p型和n型聚合物电荷传输材料,双极性聚合物材料的种类和研究都相对较少,是电荷传输材料领域研究的难点。本章通过测试这些聚合物的基本光物理性质,发现这些聚合物具有较小的光学带隙和合适的HOMO和LUMO能级,有助于空穴的注入和电子的积聚,这对获得性能优良的双极性材料是有利的。第七章首先设计和合成了两个含苯并二噻吩和噻吩单元的一维和二维D-D型聚合物(Ⅶ-1～Ⅶ-2),然后设计和合成了一系列以苯并二噻吩为给体和不同的拉电子基团为受体的D-A共聚物(Ⅶ-3～Ⅶ-11)。通过测试聚合物的基本光物理性质,研究了不同受体的引入对聚合物的光学带隙、主链间的π-π重叠,以及HOMO和LUMO能级的影响,并初步探讨了分子结构和性质间的关系。第八章以喹喔啉为受体、二联噻吩、三联噻吩或苯并二噻吩为给体构筑了四个D-A共轭主链聚合物(Ⅷ-1～Ⅷ-4)。通过测试聚合物的光学性质和电化学性质,研究和讨论了在含喹喔啉的聚合物共轭链中具有较多噻吩单元的多联噻吩的引入对主链间的π-π重叠的影响及HOMO、LUMO能级的影响。另外,通过对受体进行修饰,探讨了其聚合物的分子结构和性质的关系。第九章以噻吩噻二唑为受体,多联噻吩、咔唑、苯并二噻吩或硅杂环戊二烯并二噻吩为给体构筑了五个D-A共轭主链聚合物(Ⅸ-1～Ⅸ-5)。通过测试聚合物的光学性质和电化学性质,发现含噻吩噻二唑的聚合物Ⅸ-1具有较低的光学带隙,并测试了该聚合物的OFET器件效果,其迁移率达到了1.7×10-4cmZV-1s-1,与文献报道的含噻吩噻二唑的聚合物的结果基本一致。另外,聚合物Ⅸ-1～Ⅸ-5的光学带隙也较小,光学吸收覆盖了可见光区甚至近红外区域,同时部分聚合物的HOMO能级也较低,这有可能改善其PSC器件的效果。