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新型的基于4,4’-联吡啶的有机-无机复合半导体材料是利用联吡啶与卤代烷烃反应获得联吡啶的阳离子盐,然后将上述所得阳离子盐与金属卤化物复合制得。具体地讲,在惰性气氛保护下,将4,4’-联吡啶溶于有机溶剂中,加入化学计量比的卤代烷烃在加热条件下反应,所得固体经提纯干燥,将所得的4,4’-联吡啶阳离子盐与金属卤化物的阴离子复合得到有机-无机复合半导体材料。这类材料在场效应晶体管、有源驱动显示方面、传感器方面、大规模集成电路方面具有潜在的应用价值。 1.采用溶液法,以4,4’-联吡啶为基础,以乙醇做溶剂,首先与碘代乙烷、碘代正丁烷,在加热条件下反应,分别得到l,l’-二乙基-4,4’-联吡啶阳离子盐(复合材料A(C2H5-C5H4)2N2I2)、l,l’-二丁基-4,4’-联毗啶阳离子盐(复合材料B(C4H9-C5H4)2N2I2)。通过元素分析、红外等手段对复合材料进行了详细的表征,用X-射线衍射法测定了它们的晶体结构。晶体结构表明:复合材料A为单斜晶系,P21／C空间群,复合材料B属于单斜晶系,C2空间群;两者都具有良好的共面性,分子之间具有很强的堆积作用,复合材料B存在π-π堆积作用,复合材料A的分子呈鲱鱼骨架型堆积,两者结构均有利于载流子的传输。 2.对复合材料A、B的溶液和薄膜的紫外吸收光谱、荧光发射光谱进行了详细的测试和分析,薄膜的紫外吸收光谱和荧光发射光谱相比溶液的均出现了不同程度的红移,说明其薄膜中存在较强的分子间作用力。同时DSC／TG测试显示4,4’-联吡啶的阳离子盐与脂肪胺、芳香胺氢卤酸盐相比具有较好的热稳定性。 3.将上步所得的复合材料A、B与碘化铅在甲醇溶液中反应得到沉淀,选用二甲基桠枫(DMSO)和乙醚做溶剂,通过气相扩散法将所得沉淀培养晶体得到1,1’-二乙基-4,4’-联吡啶九碘化三铅(复合材料C(C2H5-C5H4)3N3Pb3I9)、1,1’-二丁基-4,4’-联吡啶七碘化二铅·二甲基亚砜(复合材料D(C4H9-C5H4)3N3Pb2I7C4H12S2O2)。通过X-射线衍射法测定了它们的晶体结构,复合材料C属于单斜晶系,P21／c空间群,复合材料D属于三斜晶系,P-1空间群。复合材料D中包含两溶剂分子,一分子参与配位,另一分子通过氢键作用将有机组元和无机组元连接起桥连作用。利用元素分析、红外等手段对复合材料C、D进行了详细的表征。 4.通过旋涂法制备了复合材料B的场效应器件,在空气中进行了测试,表明其具有P型半导体特征,其载流子迁移率约为0.046cm2v-1s-1,开关比为102-103。同时研究了旋涂法制备薄膜的影响因素,包括溶剂种类、溶液浓度、旋涂次数、退火等因素对薄膜形貌的影响,并采用AFM、SEM进行了表征。