异靛蓝基共轭聚合物电子传输性能的调控与优化

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyun
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异靛蓝(IID)及其衍生物具有优良的缺电子特性、共平面性和结构衍生性等特点,是一类较为理想的D-A共轭聚合物受体单元。然而IID较高的分子能级限制了其在n-型有机半导体材料中的应用。本论文通过针对性的分子设计策略实现了异靛蓝基共轭聚合物电子传输性能的调控与优化。以较为简便合成步骤成功的制备出两组基于IID衍生物的给-受体(D-A)共轭聚合物材料,并对其热稳定性、光学性能、电化学性能、薄膜微观结构和形貌、场效应晶体管性能及空气稳定性等进行了一系列的表征和研究。本论文主要内容总结如下:(1)通过“能级调控”和“侧链优化”策略合成了受体单元BIID和BAID,以联噻吩和氟化联噻吩为给体,合成了六种双极性D-A共轭聚合物半导体材料,分别是PBIID1-BT(P1)、PBIID2-BT(P2)、PBAID1-BT(P3)、PBAID2-BT(P4)、PBAID3-BT(P5)和PBAID3-2FBT(P6)。通过对聚合物主链的氮杂和氟化成功的实现了对分子前沿轨道的能级调控,显著的改变了聚合物的电荷传输性质。通过降低侧链的密度并延长侧链分支点的位置成功实现了对BAID基聚合物体系的侧链优化,这对分子间的相互作用和超分子自组装具有重大影响。最终P6显示出平衡的双极性电荷传输特性。P6的最大空穴迁移率和电子迁移率分别高达1.68 cm2V-1s-1和1.37 cm2 V-1s-1,并且在200℃的温度下退火后的平均空穴迁移率和电子迁移率均为1.31 cm2 V-1s-1。(2)通过“强受体-弱给体”策略将强缺电子单元与亚乙烯基给电子π桥相结合制备出三种单极n-型聚合物半导体材料,分别为PNVB、PBABDFV和PBAIDV。基于PBABDFV的OFET器件在真空和空气条件下均表现出出色的场效应性能。在空气中,其底栅/顶接触(BG/TC)结构的OFET器件最大μe达到0.79 cm2 V-1s-1,开关比(Ion/Ioff)超过106,平均阈值电压(Vth)为25 V。并且在真空的条件下表现出近乎理想的转移特性曲线,可靠因子(r)高达88%。此外,基于PBABDFV的器件在大气环境中存储27天后仍保持高达0.50 cm2 V-1s-1的电子迁移率,这归因于由直线型的分子骨架和紧密的π-π堆积距离所产生的动力学屏障作用,能够在一定程度上防止水和氧气扩散到活性层中,避免其对传输层中电子的捕获。
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