基于异靛蓝的给体-受体型共轭聚合物及其有机薄膜晶体管器件

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近年来,用于有机薄膜晶体管(OTFT)的共轭聚合物得到了广泛的研究。给体-受体(D-A)型共轭聚合物由于具有强的相互作用力、能级易于调节的优点已成为高迁移率材料的重要品种。但是D-A型共轭聚合物的结构和性能之间的关系需要进一步阐明;此外,相对于p型共轭聚合物,性能空气稳定的n型共轭聚合物的发展相对滞后,在一定程度上限制了共轭聚合物在有机电路及其相关电子器件中的应用。针对这些问题,本论文在定向Aldol缩合反应的基础上,发展了非对称烷基取代的异靛蓝单元的高效合成方法,系统的研究了烷基侧链区域规整度对共轭聚合物性质的影响;以及开发了强吸电子的联异靛蓝单元,构建了性能空气稳定的n型共轭聚合物。主要成果和创新点如下:(1)开发了高效合成非对称烷基取代异靛蓝的方法,以此为基础,合成了一系列烷基侧链区域无规和区域规整的聚合物。发现烷基侧链的区域规整度对聚合物的吸收光谱几乎没有影响,而其大小和支化点位置对光谱却有着明显的影响。相对于烷基侧链区域无规的聚合物,烷基侧链区域规整的聚合物在薄膜状态下的堆积更加有序,然而由于其较差的溶解性和成膜性,导致基于它们的OTFT器件性能较差。(2)构建了新型强受体单元联异靛蓝(bis-IID)单元,并与连噻吩(BT)或3,3’,4,4’-四氟连噻吩(4FBT)共聚得到一系列D-A型共轭聚合物。通过在聚合物受体和给体片段中中引入不同数目的F原子和N原子,调控了聚合物的前线轨道能级,实现了聚合物的载流子从双极性传输向n型的转变。其中具有低能级的聚合物P2F-4FBT、P4F-4FBT和P2N2F-4FBT表现出n型传输特性,电子迁移率分别达到了 0.93、0.71和1.24 cm2/(V·s)。
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