六种并五噻吩同分异构体的制备及其有机场效应晶体管的性能研究

发布时间：2020-05-04 10:38

【摘要】：稠合噻吩类化合物作为一类新型的有机半导体材料,受到人们广泛的关注。其中并五噻吩是由五个噻吩环稠合在一起,S原子的聚集程度非常高,容易形成多种分子间作用力,且具有很好的稳定性和平面性。本论文以三种并三噻吩为构筑模块,合成了六种新的并五噻吩同分异构体,并对部分目标化合物的OFETs性能进行了初步表征。论文主要分为以下几个部分:1)以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩(tt-DTT)为构筑模块,与单噻吩硼酸酯经Suzuki偶联得到三种偶联(α-β偶联、β-β偶联、β-α偶联)产物。这三种偶联产物分别通过不同的硫代试剂(Ph(SO_2)_2S、(SnBu_3)_2S)关环,得到中间体TMS-PTA-1(7)、TMS-PTA-2(11)、TMS-PTA-3(15),其中使用(SnBu_3)_2S关环的产率相对(PhSO_2)_2S较高。这三种中间体在三氟乙酸的作用下,最终以18%、26%、12%的总产率分别得到PTA-1、PTA-2、PTA-3。所有中间体都经过~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS和IR的鉴定,目标化合物PTA-1、PTA-2、PTA-3的结构经HRMS、IR和元素分析的鉴定。对目标化合物PTA-1进行真空梯度升华,并利用真空气相沉积的方式制备薄膜,通过加工有机场效应晶体管对场效应性能进行初步表征,其迁移率为2.26×10~(-2) cm~2 V~-11 s~(-1),开关电流比为10~4。2)以二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩(bb-DTT)为构筑模块,分别通过NBS溴代、Suzuki偶联,C_2Br_2Cl_4溴代,(SnBu_3)_2S关环得到重要中间体TMS-PTA-4(23),最后在三氟乙酸作用下脱去TMS基团,以35%的总产率得到PTA-4。所有中间体都经过~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS和IR的鉴定,目标化合物PTA-4的结构经过HRMS、IR和元素分析的鉴定。对目标化合物PTA-4进行真空梯度升华,并利用真空气相沉积的方式制备薄膜,通过加工有机场效应晶体管对场效应性能进行初步表征,其迁移率为5.51×10~(-2) cm~2 V~-11 s~(-1),开关电流比为10~5。3)以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩(bt-DTT)为构筑模块,利用其两侧α位活性不同,在其两侧分别进行溴代,溴迁移,Suzuki偶联,偶联产物分别通过不同的硫代试剂(Ph(SO_2)_2S、(SnBu_3)_2S)关环,得到中间体TMS-PTA-5(32)、TMS-PTA-6(40),其中使用(SnBu_3)_2S关环的产率都会比(PhSO_2)_2S高。这两种中间体在三氟乙酸作用下脱去TMS保护基团,最终以25%、20%的总产率分别得到PTA-5、PTA-6。所有中间体都经过~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS和IR的鉴定,目标化合物PTA-5、PTA-6的结构都经过HRMS、IR和元素分析的鉴定。
【图文】：

器件,结构示意图,顶接,栅顶

07(electron)97(hole)PNBDOPN-DNBT - 为单晶器件；(v) 真空沉积法； (s)溶液加工法; (p) 喷墨打印法电流比 Ion/Ioff值是在不同栅压范围内测得的，，因此相互之间没有可对比.2 有机场效应晶体管的基本结构及性能参数FETs 的基本结构场效应晶体管由基底、栅极、绝缘层、有机半导体层、源漏电极极位置不同，它可分为底栅结构和顶栅结构，直接与基底连接的为顶栅结构。根据电极与绝缘层的位置不同，可分为顶接触和底与绝缘层挨着的为底接触，反之为顶接触。总的来说，可以分为顶接触、顶栅底接触、底栅顶接触、底栅底接触，如图 1-1 所示结构是底栅顶接触构型。

场效应,分子间相互作用,化合物,性能

图 1-28 四个化合物分子间相互作用和场效应性能个化合物，随着分子结构的变化，它们分子间作用力从 S-S 相互作用、S-π 相互作用、S-π 相互作用和 S-S 相互作用共存，变化，从没有场效应性能变为 0.52 cm2V-1s-1、2.2 cm2V-1s-1、0.我们发现：1）随着取代基的变化，分子间作用力呈现规律性的用力为载流子的传输提供另外一个通道。bt-DTT 及其衍生物的有机半导体材料是合成还是 OFETs 的应用，tt-DTT 和 bb-DTT 报道的已经很报道的却很少。有关 bt-DTT 的合成，最早报道的是在 1971 年化合物 46 为原料，经过 NBS 溴代，n-BuLi 夺溴加入硫粉，生u2O 氧化得到 bt-DTT。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386;O626.12

【参考文献】