新型有機電子給體和場效應晶體管半導體功能材料的設計、合成及性能研究.pdf

1、有機功能材料是有機合成、物理化學和電子學的交叉研究領域，它將合成的有機分子應用于光電器件，為信息技術的發(fā)展開辟了新天地，因此得到廣泛的重視。本論文分別從有機電子給體和有機場效應半導體兩個子方向切入這一領域，設計合成了多種新型分子，對它們進行理論計算和性質(zhì)研究，制備了相應的分子器件，測試了材料的性能；并試圖探討分子結構和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以進一步設計性能更好的有機功能材料。主要內(nèi)容如下：
　　 1.論文第一部分(第二章)，合成了

2、12個σ鍵非共軛聯(lián)接的含2-6個TTF單元的枝狀和環(huán)狀新型有機電子給體1a-b、2a-b、3a-b、4a、6’、7、8、9a-b，并經(jīng)核磁、紅外、高分辨質(zhì)譜確認了它們的結構。合成了碘代前體19和23，可以應用于引入TTF單元的親核取代反應。
　　 2.初步優(yōu)化計算了新型電子給體的構型，發(fā)現(xiàn)含多個TTF單元的線形給體同側(cè)TTF單元一般取交叉垂直排列；環(huán)形給體TTF單元沿中心呈彎曲扇葉狀排列。用循環(huán)伏安法研究了它們的電化學性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)

3、各線型電子給體均出現(xiàn)了二組可逆或準可逆的特征氧化還原峰，說明TTF單元間的相互作用很小，與非共軛鍵相連接的結構相吻合。從氧化還原電位來看，新型給體均具有和經(jīng)典給體BEDT-TTF相似的給電子能力。發(fā)現(xiàn)含三個TTF單元的大環(huán)給體8具有分階段的二級氧化過程。研究了含5-6個TTF單元的電子給體2a和4a的LB成膜性能，發(fā)現(xiàn)均能形成質(zhì)量較高的單分子膜，崩潰壓高于以前的研究結果，為制備LB薄膜器件提供了依據(jù)。
　　 3.論文第二部分(第

4、四章)，研究了一類同時含硫和氮原子的并五苯類似物--二(苯并吩噻嗪)并吡咯(PBBTZ)環(huán)系，第一次將其應用于OTFT器件。合成了PBBTZ環(huán)系化合物1-3并比較研究了類似物4，通過結構、光學、熱力學、電化學和器件研究，發(fā)現(xiàn)PBBTZ是一類合成簡捷、分離方便、在環(huán)境中穩(wěn)定的p型半導體材料。電化學研究表明，PBBTZ衍生物的HOMO能級與用作場效應晶體管電極材料的金的功函能較好匹配。X射線單晶衍射表明，化合物1的呈γ-魚骨狀面對面堆積，有

5、利于形成高效的電荷傳輸；化合物3由于取代烷基的影響，單晶結構為夾心魚骨狀堆積，柱內(nèi)層間距大于化合物1，可能使相應器件性能降低。器件測試表明，1-4的薄膜場效應晶體管均為p型，當基底溫度為60℃時，1達到最好的器件性能，平均遷移率可達0.34 cm2 V-1 s-1，開關比為7×106-3×107，綜合性能在已報道類并五苯結構半導體材料中處于前列。跟蹤測試表明器件在空氣中顯示了良好的穩(wěn)定性。薄膜形貌AFM和XRD測試表明，1薄膜場效應器件

6、的高性能來源于膜內(nèi)分子的有序排列?；诇囟葹?00℃時，1的場效應遷移率仍在10-2 cm2V-1s-1量級?；衔?和3吡咯氮上的取代基看來影響了有序排列，降低了薄膜場效應器件的性能。化合物3溶解性較好，有希望用于溶液成膜的器件，并在光電流測試中顯示出應用于有機太陽能電池的潛力。
　　 4.論文第二部分(第五章)中，還設計合成了含氟基團取代的PBBTZ環(huán)系衍生物5和6，研究了它們的合成和光譜、熱力學、電化學性質(zhì)，測定了6的單晶