七种非对称苯并四噻吩同分异构体的制备及其OFETs性能研究

发布时间：2020-05-31 09:59

【摘要】：苯并噻吩类衍生物是一类典型的具有较好场效应性能的有机半导体材料。通常这类材料分子在其晶体中的堆积方式有利于载流子的传输,且噻吩结构单元中的硫原子会在相邻分子间产生多种作用力,有利于分子间轨道的重叠,因此受到人们的广泛关注。根据高性能的并五苯和高稳定性的并五噻吩之间的分子结构的不同,研究者设计合成了多种结构的苯并噻吩类衍生物,但很少涉及到母核结构的变化,尤其是S原子位置异构对其OFETs性能影响的研究还缺乏系统性。本论文针对五元稠合苯并噻吩衍生物的母核结构,设计合成了S原子位置不同的七种非对称的苯并四噻吩同分异构体,并对其OFETs性能展开研究,从分子结构微观变化的角度来系统研究S原子位置不同对其分子间作用力及其OFETs性能的影响规律。主要研究内容如下:(1)母体苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩(BDT-1)的合成路线优化。以3,3′-二溴-2,2′-二噻吩为起始原料,通过引入TMS为助溶基团对合成路线进行优化,经DMF醛基化、McMurry偶联及NBS溴代等一系列的反应,以64%的总产率成功合成7-溴-2-三甲基硅基-苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩,为后期进行非对称苯并四噻吩化合物的制备提供基础。(2)利用苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩(BDT-1)不同活性位点与单噻吩进行碳碳偶联(α-β、α-α、β-β偶联)形成多种偶联产物,再经硫代试剂关环及脱TMS保护基得到四种非对称苯并四噻吩同分异构体(TM-1、TM-2、TM-3、TM-4)。TM-1、TM-2、TM-3、TM-4的总产率分别为:20%、24%、27%、19%。所有中间体及目标化合物都经过~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS、IR等手段进行了结构的鉴定,并得到了TM-3和TM-4的单晶。同时对目标化合物进行了OFETs器件的性能研究,其中TM-1、TM-4的迁移率达到10~(-2)数量级,TM-2和TM-3未表现出场效应性质。结合单晶结构、理论计算、和薄膜形貌分析,结果表明S原子位置变化对其吸收、薄膜的形貌及薄膜内的分子排列会产生巨大的影响,从而直接影响其OFETs性能。(3)对苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-2)进行不同活性位点与单噻吩进行碳碳偶联(α-α、α-β以及β-β碳碳偶联),后经硫代试剂关环及脱保护基得到三种硫原子位置不同的非对称苯并四噻吩同分异构体(TM-5、TM-6、TM-7),总产率分别为:19%、10%和32%。所有中间体及目标化合物都经过~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS、IR等手段进行了结构的鉴定,并得到了TM-7的单晶。对目标化合物TM-5进行了理论计算、吸收、薄膜形貌和OFETs器件的性能研究,其迁移率为3.17×10~(-3) cm~-22 V~(-1) s~(-1)。
【图文】：

器件结构,栅顶,顶接

七种非对称苯并四噻吩同分异构体的制备及其 OFETs 性能研究半导体层为器件的核心结构，对载流子的传输起着决定作用，也称之器件结构的不同可分为以下四种类型：底栅底接触、底栅顶接触、顶顶接触。根据栅极在器件结构中位置的不同划分为底栅和顶栅。而底别在于有机半导体层与源、漏电极的位置。先沉积源漏电极，后沉积构称之为底接触，反之则是顶接触。不同的器件结构对性能也有一常用的是底栅顶接触结构。

堆积结构,分子结构,积分,化合物

图 1-19 化合物 29、31、32 的分子结构及堆积结构和转移积分探索人们认为 DAcTTs 具有高迁移率的原因如下：1、均为鱼骨架堆置的噻吩上的硫原子可以有效地在分子间起相互作用，硫原子上的于分子间轨道重叠，导致较大的分子间转移积分，实现了均衡的 2D 合物 29[80-81]、31[82-85]、32[86]的迁移率最高分别为 3 cm2V-1s-1、8.3-1s-1，且它们均为二维鱼骨架堆积。.4 其它混合型的有机半导体材料分子结构的差异，，我们在前面介绍了很多对称性苯并噻吩的分类，有混合结构的特征，不能归于其中的任何一类。为此，我们将这类对称有机分子。这类分子也具有好的场效应性能和稳定性，例如：
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304.5;O626.12

【参考文献】