酰（亚）胺基共轭聚合物的合成及有机场效应性能的研究

发布时间：2017-10-11 01:28

  本文关键词：酰（亚）胺基共轭聚合物的合成及有机场效应性能的研究

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【摘要】：近年来,共轭聚合物半导体材料因具备重量轻、成本低、柔韧性好及易于进行溶液加工与旋涂成膜等无可比拟的优点,使其在有机薄膜晶体管(OTFT)中的应用研究越来越受到人们的关注。目前为止,经典或高性能的聚合物半导体材料主要集中于含有酰(亚)胺基的共轭聚合物中,因此,本文设计合成了一系列含有酰(亚)胺基的不同结构类型的新型共轭聚合物,对其热学、光学、电化学性能、薄膜结构的微观形态及在OTFT中的场效应性能进行了研究。(1)设计了一系列含酰(亚)胺基的给体-受体(D-A)型共轭聚合物。以(2-氧吲哚3-亚基)苯并二呋喃-二酮(BIBDF)为受体单元,并且分别以噻吩[3,2-b]噻吩(TT),(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基)噻吩(TVT)和(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙炔基)噻吩(TAT)为给体单元,通过Stille偶联反应合成了聚合物PBIBDF-TT、PBIBDF-TVT及PBIBDF-TAT。三个聚合物均具有较低的最低未占分子轨道(LUMO)能级,薄膜呈现出长程有序、层状的晶体结构及紧密的觚间距,基于这些聚合物的OTFT器件均表现出电子传输特性,退火后器件的电子迁移率分别达到0.65,0.55及0.13 cm2V-1s-1。(2)为了提高聚合物的缺电子性,在结构中引入两个受体单元,设计了含酰(亚)胺基的受体-π-受体(A-πA)型共轭聚合物。通过Suzuki偶联反应合成了以吡咯并吡咯二酮(DPP)及苯并二噻吩(BDD)为两个受体单元,以噻吩为7[键的A-π-A型共轭聚合物P1、P2及P3。三个聚合物均具有适合空穴电荷注入的最高占据分子轨道(HOMO)能级,所以,基于三者的OTFT器件在真空中均表现出双极性传输特性,其中P3具有最对称的结构,薄膜呈现出较好的晶体单元,所以基于P3的器件获得了最好的性能,退火后的器件获得了平衡的电子和空穴迁移率,最大值为分别为0.022和0.028 cm2V-1s-1。(3)为了进一步增强聚合物半导体材料的电子传输能力,在A-π-A型聚合物中引入两个均含有酰(亚)胺基的受体单元。通过Stille偶联反应合成了基于DPP及邻苯二甲酰胺(PhT)的A-π-A型共轭聚合物PDPP-PhT,相对P1、P2及P3的LUMO能级有所降低,并具有较低的电化学能带隙,经退火处理的PDPP-PhT薄膜也呈现出长程有序的层状结构及紧密的π-π堆积,基于聚合物PDPP-PhT的OTFT器件在真空中表现为单一的电子传输特性,最高电子迁移率达到0.52 cm2V-1s-1。
【关键词】：酰(亚)胺基 共轭聚合物 有机半导体材料 有机薄膜晶体管
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-32
• 1.1 引言17
• 1.2 有机薄膜晶体管17-25
• 1.2.1 有机薄膜晶体管的发展简史及研究现状17-18
• 1.2.2 有机薄膜晶体管的应用18-19
• 1.2.3 有机薄膜晶体管的基本结构19-20
• 1.2.4 有机薄膜晶体管的基本工作机理20-21
• 1.2.5 有机薄膜晶体管的性能表征参数21-24
• 1.2.6 有机薄膜晶体管器件材料24-25
• 1.3 有机聚合物半导体材料25-30
• 1.3.1 p-型聚合物半导体材料26-27
• 1.3.2 n-型聚合物半导体材料27-29
• 1.3.3 双极性共轭聚合物半导体材料29-30
• 1.4 含酰(亚)胺基共轭聚合物材料概述30-32
• 第二章 基于异靛蓝衍生物D-A型共轭聚合物的合成及性能研究32-45
• 2.1 引言32
• 2.2 实验部分32-35
• 2.2.1 实验原料及仪器32-33
• 2.2.2 分析及测试仪器33
• 2.2.3 单体及聚合物的合成33-35
• 2.2.4 OTFT器件制作与表征35
• 2.3 结果与讨论35-44
• 2.3.1 材料的合成与表征35-36
• 2.3.2 聚合物的热性能36-37
• 2.3.3 聚合物的光学性质37-38
• 2.3.4 聚合物的电化学性能38-39
• 2.3.5 基于聚合物的OTFT器件性能39-42
• 2.3.6 聚合物薄膜的微观形貌与结构42-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 基于吡咯并吡咯二酮及苯并二噻吩A-π-A型共轭聚合物的合成及性能研究45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-48
• 3.2.1 实验原料及仪器46
• 3.2.2 分析及测试仪器46
• 3.2.3 单体及聚合物的合成46-48
• 3.2.4 OTFT器件的制作与表征48
• 3.3 结果与讨论48-56
• 3.3.1 合成与表征48-49
• 3.3.2 聚合物的热性能49-50
• 3.3.3 聚合物的光学性质50-51
• 3.3.4 聚合物的电化学性能51
• 3.3.5 基于聚合物的OTFT器件性能51-54
• 3.3.6 聚合物薄膜的微观形貌与结构54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 基于吡咯并吡咯二酮及邻苯二甲酰胺A-π-A型共轭聚合物的合成及性能研究57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57-59
• 4.2.1 实验原料及仪器57-58
• 4.2.2 分析及测试仪器58
• 4.2.3 单体和聚合物的合成58-59
• 4.2.4 OTFT器件的制作与表征59
• 4.3 结果与讨论59-66
• 4.3.1 合成与表征59-60
• 4.3.2 聚合物热性能60-61
• 4.3.3 聚合物的光学性质61
• 4.3.4 聚合物的电化学性能61-62
• 4.3.5 基于聚合物的OTFT器件性能62-64
• 4.3.6 聚合物薄膜的微观形貌与结构64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 5.1 结论67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77-78
• 附录78-89

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