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稠环芳酰亚胺分子体系由于其具有较大的π共轭结构，酰胺键的强吸电子特性，较强的分子间π-π作用，较高的吸光能力和荧光量子产率，良好的光、热和化学稳定性，多功能化修饰位点以及很高的载流子迁移率等特点受到了广泛的关注。本论文的研究工作主要是多维稠环芳酰亚胺的合成及性能的研究。主要内容如下: 1.设计合成了含氟烷基链修饰的二噻吩稠合萘酰亚胺(NDTI)的平面刚性结构分子。噻吩α-取代的NDTI分子在固态下可以形成较好的滑移一维(1D)堆积结构，而酰亚胺N原子取代的NDTI分子可以形成很好的扭转共平面一维(1D)堆积结构。基于得到的晶体堆积方式，我们分别对两种NDTI分子进行了单晶场效应晶体管的性能测试，分别得到0.065cm2V-1s-1和1.59cm2V-1s-1的电子迁移率。以上结果表明，通过在NDTI不同位置上引入氟烷基链可能会有效的改变分子的固态堆积方式，从而提高分子的电子传输能力。 2.设计和合成了一种高性能的三维噻吩稠合的苝酰亚胺染料分子，即tetra-PBI-S。相对于未在苝酰亚胺单元bay位上引入噻吩环的分子tetra-PBI，tetra-PBI-S在有机太阳能电池应用中与给体PBDT-TS1有更好的能级匹配，更均衡的载流子传输能力，以及更完美的相分离尺度。因此，基于tetra-PBI-S受体分子的太阳能电池光电转化效率可以达到6.2％。以上结果表明，通过一些新型的合成策略如引入硫原子可能会有效的改变受体分子的构型以及化学性质，从而达到提升太阳能电池的器件性能的目的。 3.设计合成了两种不同长度的扭曲并苯类结构分子，即扭曲萘酰亚胺并六苯和扭曲萘酰亚胺并十苯衍生物。在反应过程中，我们选取萘酰亚胺和联苯作为构筑单元，利用钯催化的Suzuki交叉偶联以及碳氢活化反应的多米诺效应形成多个碳碳键，在精巧，绿色化的化学条件下得到了目标化合物。通过两种分子的单晶结构解析可以看出，每一种分子都包含了一对构型相反的对映异构体（顺时针和逆时针的构型）。由于在分子内酰胺上的碳氧双键和邻近稠合苯环上的碳氢键有一定的空间位阻，使得分子内的萘酰亚胺单元和联苯单元之间产生了一定的扭曲角，这种扭曲角随着整个分子的共轭长度增大而急剧增大。分子内多个单元间扭曲效应的叠加导致了扭曲萘酰亚胺并六苯分子拥有66°的整体扭转角，扭曲萘酰亚胺并十苯分子拥有170°的整体扭转角，而后者也是文章当时报道时有着最大扭转角的扭曲并苯类衍生物。两种分子由于自身的扭曲构型以及较低的LUMO能级拥有很好的溶解性和稳定性，这为研究稳定性好，可加工性的手性纳米带分子提供了新的途径。