含吡啶噻二唑和异靛受体的有机半导体的合成与性能研究

发布时间：2020-04-20 15:08

【摘要】：有机半导体材料以其独特的光、电、磁特性,在新型有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)和有机光伏(OPV)等领域中展现出广阔的应用前景。因此,开发新型的有机半导体材料已成为当前研究的热点。本论文以吡啶噻二唑和异靛为受体单元,采用“等规双受体策略”和“拓展π共轭骨架”的分子设计策略,开发了两类新型的给体-受体(D-A)型有机半导体材料,并研究了材料结构与性能之间的关系,具体开展了如下研究工作:1)吡啶噻二唑(PT)由于有高度的缺电子特征和良好的共平面性,已经被广泛地用于开发高迁移率的p-型聚合物半导体材料。然而,PT-基双极性聚合物半导体鲜见报道。因此,我们将两个PT受体直接相连,设计并合成了一类结构等规的双吡啶噻二唑受体(BPT),并用于开发了第一个PT-基双极性聚合物半导体材料(PBPTV)。同时,我们系统地研究了该材料的热稳定性、溶解性、光物理性质、能级结构以及聚集态结构。结果表明:相比PT单元(LUMO =-3.13eV),BPT单元展现出更低的LUMO能级(-3.42 eV)和更强的电子亲和力。因此,BPT单元显著提高了 PBPTV的电子亲和力,其HOMO/LUMO能级分别达-5.61和-3.66 eV。薄膜表面形貌和结晶性分析证实:PBPTV薄膜展现出均一的表面形貌和紧密的层状有序堆积,退火处理明显改善了薄膜的连续性和结晶性。由于顶栅PMMA介电层良好的封装效果,基于PBPTV退火薄膜构造的顶栅底接触型OFET件展现出空气稳定的双极性载流子传输性能。在20%～40%的空气湿度下,器件的最高空穴和电子迁移率分别达6.87和8.49 cm2V-1s-1。2)异靛(IDG)是一类综合性能优异的有机/聚合物半导体材料构建单元,它具有缺电子能力强、骨架共轭良好以及结构易于修饰等优点,近年来备受关注。本章节以IDG为母核,运用“FeC13氧化关环反应”,合成了一类共轭骨架更大的D-A-D型四噻吩并异靛基半导体材料(TT-IDG,包括结构对称和不对称的两大类TT-IDG衍生物),并探讨了 IDG衍生物上的烷基取代基团对FeC13分子内氧化关环反应的影响。关环反应研究表明:当取代基团为正辛基、正十二烷基和溴取代时,IDG衍生物的分子内关环反应能够成功实现,其产率高达72%以上;当取代基团变为更加富电的正十二烷巯基时,IDG衍生物发生分子间的偶联聚合。此外,我们还研究了 TT-IDG衍生物的热稳定性、光物理性质和电化学性能,结果表明:TT-IDG衍生物都具有良好的热稳定性(Tg375 ℃)、宽的吸收光谱范围(300-700 nm)和空气稳定的HOMO能级值。
【图文】：

有机场效应晶体管,转移特性曲线,输出特性曲线

湘潭大学硕士论文和漏极之间诱导产生导电沟道的最小电压即得到阀值电压。通常，高的迁高的开关比和低的阈值电压是开发高性能、低能耗有机光电子器件的关键这三个性能参数可从场效应晶体管的转移特性曲线和输出特性曲线获得，１．２所示。在一定的源－漏电压下，扫描栅极电压、测试源－漏电流即可得到性曲线。在一定的栅极电压下，扫描源－漏电压、测试源－漏电流即可得到性曲线。有机场效应晶体管的性能参数主要是从转移特性曲线获得，当器在饱和区，从转移特性曲线中通过１１／２对NB８作图计算得到载流子迁移率。移特性曲线中电流最大值与电流最小值的比值即可获得电流开关比。逡逑器件工作在饱和区，栅极电压与源－漏电流的关系为：逡逑ＩＤＳ＝（Ｗ／２Ｌ）ｐｓａｔＣ，（ＶＧ－ＶＴ）２逡逑其中，Ｉｄｓ为源－漏电流，Ｗ为沟道宽度，Ｌ为沟道长度，ｎｓａｔ为有机场效管迁移率，Ｃ，为绝缘层单位面积的电容，，Ｖｃ为栅极电压，ＶＴ为阀值电７０ｎ—＇￣１￣１￣￣二ｚｑ邋，０＜ｈ邋１逡逑

分子结构图,分子结构,有机半导体,受体

图１．１７邋ＢＰＴ受体和聚合物ＰＢＰＴＶ的分子结构逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304

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