雙(2--氧代--7--氮雜吲哚--3--亞基)苯并二呋喃二酮基共軛聚合物的合成與場效應晶體管性能的研究.pdf

1、近年來，可溶液加工的共軛聚合物在輕質、低成本和大面積柔性電子器件等方面有很高的應用價值，因此引起了廣泛的研究關注。在基于這些共軛聚合物的器件中，有機場效應晶體管(organic field effect transistor，OFETs)作為電路構建的組件以及用于有源矩陣顯示器和非易失性存儲器等器件中具有特殊意義。為了提升器件性能，已經有很多共軛聚合物半導體材料被研究報道出來，其中p型半導體材料的研究已經取得突破性進展，相比之下，n型半

2、導體材料的發(fā)展要滯后很多，而n型半導體材料是構筑互補晶體管邏輯電路的重要組成部分，因此研究穩(wěn)定的n型半導體材料是很有必要的。為了得到高性能n型聚合物半導體，目前的主要研究方向是構建新的缺電子受體單元。本文用吡啶環(huán)代替雙（2-氧代二氫吲哚-3-亞基）-苯并二呋喃-二酮(BIBDF)的外側苯環(huán)構建一種新型的缺電子單元(3E，7E)-3，7-雙（6-溴-1-（4-癸基十四烷基）-2-氧代-7-氮雜吲哚-3-亞基）苯并[1，2-b:4，5-b'

3、]二呋喃-2，6(3H，7H)-二酮(BABDF)，基于此單元合成了三種新的n型D-A共軛聚合物PBABDF-DT、PBABDF-TVT和PBABDF-nonTVT，并進一步研究了三種聚合物的熱性能、光物理特性、電化學性質、場效應性能和微觀結構。具體工作如下:
　　(1)第二章中，使用強缺電子單元BABDF作為受體，以聯(lián)噻吩(DT)和(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基）噻吩(TVT)作為供體合成了兩種供體-受體(D-A)型共

4、軛聚合物PBABDF-DT和PBABDF-TVT。兩種聚合物都具有較深的LUMO能級(～-4.0eV)以適合電子傳輸。基于PBABDF-DT和PBABDF-TVT的OFET器件的電子遷移率分別高達1.86cm2V-1s-1和1.56cm2V-1s-1，電流開關比(Ion/Ioff)分別為1.6×106和1.0×106。兩種材料都具有高度均勻的聚合物納米纖維、有序的層狀晶體結構和緊密的π-π堆積，這些都有助于提高電子遷移率。
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5、2)第三章中，為了實現(xiàn)更高的電子遷移率，在第二章的基礎上，選取π-π堆積距離較小的PBABDF-TVT研究去除烷基側鏈對性能的影響。將其供體單元上的十二烷基鏈去除，以強缺電子單元BABDF為受體，以無烷基鏈的(E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯基）噻吩(nonTVT)作為供體，合成了一種D-A型共軛聚合物PBABDF-nonTVT。根據(jù)高斯B3LYP/6-31G(d)模擬結果，PBABDF-nonTVT主鏈的扭轉角為0.01°，比PB

6、ABDF-TVT主鏈的9.4°明顯小，骨架共平面性得到明顯改善。聚合物LUMO能級（～-4.0eV）也較深，基于PBABDF-nonTVT的OFET器件的電子遷移率和電流開關比(Ion/Ioff)分別為2.42cm2V-1s-1和2.4×104，比第二章PBABDF-DT和PBABDF-TVT的遷移率都更高。這是因為較小的主鏈扭轉角使其具有更均勻的聚合物納米纖維、更有序的層狀晶體結構和更緊密的π-π堆積，這些都有助于進一步提高電子遷移率