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有机半导体材料是有机电子器件的核心部分,其结构和性质决定了器件的性能和稳定性,因此设计合成高性能的有机半导体材料是材料研究者一直以来的研究课题。有机稠环小分子以其良好的平面性,优异的载流子传输能力和荧光性质得到了广泛的研究和应用。本论文通过在有机稠环化合物中引入各种不同的杂原子和取代基团设计合成了一系列含硫原子的稠环小分子,并研究了这些化合物的结构与性能的关系以及其在有机电子器件中的应用。本论文分为五个部分:
1.通过经典的傅克反应设计并合成了不对称的含硫类并五苯。结果表明,杂原子的引入增加了化合物的光热稳定性;同时使得分子之间出现了碳硫相互作用以及π-π作用,从而使化合物形成了紧密的固态堆积,有效地提高了基于该材料的器件的迁移率和开关比,其薄膜迁移率达到了0.41 cm2V-1s-1,并显示出良好的空气稳定性。
2.在杂环并五苯的研究基础上我们进一步得到了杂环并六苯化合物。结果表明,与已报道的线性化合物不同,对于这类扭曲的杂环并苯化合物,共轭长度的增加并没有提高其器件性能,推断其原因可能为:增加弯曲的分子的共轭长度会导致其薄膜的层间相互作用减弱,从而形成更小的晶粒和更大的晶界,进而导致其迁移率下降。
3.通过简单的关环反应设计并合成了一系列不对称的含硫稠环茚并芴衍生物,烷基链的引入增加了化合物的溶解性,以此为主体材料制备了溶液法加工的绿色磷光器件,其最高发光亮度可达14185 cd m-2,流明效率则达到12 cdA-1。
4.通过引入不同的杂原子和吸电子基团设计并合成了不对称的类并四苯化合物,结果发现:引入氮和硫杂原子以及腈基乙烯基团降低了化合物的LUMO能级,使得这些化合物成为可能的n型或双极性材料。这是将杂原子和吸电子基团同时引入构建杂环并四苯化合物的首次报道,进一步扩展了有机半导体材料的家族。
5.继续扩展酸催化的硫甲基关环反应的应用,得到了一类含两个硫桥原子的稠环蒽化合物。结果发现:硫桥原子的引入增加了化合物的共轭程度,使吸收光谱红移。另外,该化合物显示了强烈的红光发射,以其为发光层制备的OLED器件显示了稳定的,饱和的红色荧光发射,最大效率可达4.4 cd/A,高于文献报道的大部分稠环类红光材料的性能。