基于NBDOPV的材料设计、合成与表征

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有机场效应晶体管具有低成本、轻便、柔性等特点,在集成电路、显示器件等领域具有潜在的应用价值。异靛青类化合物具有较低的分子能级、平整的共轭骨架,并可方便地进行烷基化,因而成为了优秀的场效应晶体管材料。在异靛青化合物基础上,通过进一步扩大其共轭平面,北京大学裴坚教授课题组开发出一类新型的基于苯并二呋喃二酮的寡聚对苯撑乙烯化合物(BDOPV),取得了巨大成功。本论文基于BDOPV骨架的优势,同时考虑到酰胺类化合物的结构特点以及在场效应晶体管研究中体现出的优良的电子学性能,以酰胺基团代替BDOPV母核中的内酯基团,设计开发了一类新型的有机场效应晶体管材料,主要内容包括以下几个方面:  (1)本实验基于BDOPV的结构,利用亲核取代反应、Wolff-Kishner-Hua-ngminglong还原反应、联结型Pummerer反应等构筑了一类新型的有机场效应晶体管受体片段NBDOPV,并对其进行了卤代衍生化,得到了氟取代的化合物(F-NBDOPV)和氯取代的化合物(Cl-NBDOPV)。同时,我们利用Stille聚合反应将得到的不同的NBDOPV片段与联二噻吩片段聚合,得到了三种不同的给受体型共轭聚合物(Cl-NBDOPV2T, F-NBDOPV2T-1,F-NBDOPV2T-2)。通过核磁、质谱等手段对目标产物进行了结构表征。  (2)通过紫外可见吸收光谱以及循环伏安法的表征,得到了六种物质的HOMO、LUMO能级值以及带隙值,并进行了分析比较。热重分析数据表明这六种化合物均具有良好的热稳定性。同时通过选择合适的溶剂,利用气相扩散法得到了F-NBDOPV的单晶,发现分子为反式共平面排列,分子内存在四个分子内氢键,与核磁表征结果相一致。  (3)通过选取合适大小的单晶线,利用掩膜法构筑了基于Cl-NBDOPV单晶的场效应晶体管器件,器件数据显示其电子迁移率为0.15cm2V-1s-1,为n型半导体材料。同时我们还构筑了基于Cl-NBDOPV2T和F-NBDOPV2T-1的顶栅底接触型器件,其迁移率分别为1.51×10-2cm-2V-1s-1、6.71×10-3cm2V-1s-1,也为n型半导体材料。
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