近年来,有机半导体材料因其制备工艺简单、成本低、柔韧、轻便等优点,在半导体器件领域取得了日新月异的发展。尤其是在有机传感器、有机存储器、有机薄膜晶体管等方面有着广泛的应用前景,是新一代半导体技术的重要发展方向,因而关于有机半导体方面的研究受到了广泛的关注。红荧烯(Rubrene),5,6,11,12-四苯基并四苯,是一种小分子有机半导体材料,由于其在载流子迁移率、发光效率等方面有显著优势,被广泛用于有机场效应晶体管(OFETS)、有机发光二极管(OLEDs)和有机太阳能电池(OSCs)等领域,并且红荧烯的空穴迁移率高达40 cm2V-1s-1,在有机材料的迁移率方面非常突出。但是红荧烯对光氧尤其敏感,在光电性能方面仍有很多不足之处,因此设计高性能的红荧烯衍生物是目前研究的重点。新型材料的设计通常是在分子中引入某些取代基,但是不同的取代基对材料性能有不同的影响,因此需要研究取代基对材料性能的影响。但是采用实验方法进行研究不仅耗时,而且浪费资源,而理论计算方法则很好的解决了这个问题。目前,理论计算己被广泛用于研究分子的电子结构、光学性能和电学性能等领域,并取得了显著的进步。本论文运用密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)和含时密度泛函理论(Time-Dependent Density Functional Theory,TD-DFT),研究了取代基种类、取代基位置对红荧烯的结构、前线分子轨道及光学性能的影响。考察了溶剂的极性对红荧烯和并四苯的结构和光学性能的影响。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)运用DFT和TD-DFT方法计算了红荧烯及其十八种衍生物的基态几何结构、前线分子轨道、吸收光谱、荧光光谱及重组能,考察了取代基对红荧烯的结构及光谱性质的影响。结果表明在红荧烯分子的不同位置引入不同的取代基,改变了分子的部分键长和键角。在红荧烯的侧苯链上引入供电子基团CH3和-OCH3和吸电子基团-CF3和-NO2都使分子的扭转度减小,一定程度上增大了分子的共轭程度;在红荧烯并四苯主链的相邻位置引入供电子基团-CH3和-OCH3,增大了分子的扭转度,而在并四苯主链的相对位置分别引入-CH3 和-OCH3减小了分子的扭转度,吸电子基团-CF3和-NO2在并四苯主链上取代对分子扭转度的影响与供电子基团相反。(2)在红荧烯的侧苯链上引入取代基,均使电子吸收光谱蓝移。在红荧烯的侧苯链上引入吸电子基团或者供电子基团,荧光光谱红移;而在并四苯主链上引入取代基,则因取代基的种类以及取代位置不同,对荧光光谱有不同的影响。分析红荧烯及衍生物的前线分子轨道发现:吸电子基团都使分子的HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)和LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)降低,供电子基团使分子的HOMO和LUMO增大。在红荧烯分子中引入供电子基团-CH3和-OCH3,使二取代衍生物分子的电离势、电子亲和能和抽取能均减小,有利于空穴的传输;在红荧烯分子中引入吸电子基团-CF3和-N02,使二取代衍生物的电离势、电子亲和能和抽取能都增大,有利于电子的传输。(3)采用DFT和TD-DFT方法计算了红荧烯和并四苯分子在真空、环己烷、苯、THF、甲醇、乙腈及水溶剂中的分子结构、前线分子轨道、电子吸收光谱及荧光光谱,探讨了溶剂的极性对红荧烯及并四苯分子的结构及性能的影响规律。溶剂对红荧烯分子结构的影响主要集中在并四苯主链上,并且两者的键长、键角随溶剂极性的增加呈现增大或减小的趋势。前线分子轨道分析表明:红荧烯和并四苯分子的HOMO和LUMO能级具有随溶剂极性增加而减小的趋势。光谱计算结果表明:与真空中的光谱相比,溶剂使吸收光谱发生不同程度的红移,红移程度随溶剂极性的增加而减小;溶剂使荧光光谱发生了大幅度的红移,并且红移程度同样随溶剂极性的增加而增加。