【摘 要】
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有机半导体作为有机分子,其结构中往往具有较多的活性位点或基团,这使其在基础研究和应用研究方面都具有独特的优势。在基础研究方面,活性位点或基团使有机半导体结构多种多
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有机半导体作为有机分子,其结构中往往具有较多的活性位点或基团,这使其在基础研究和应用研究方面都具有独特的优势。在基础研究方面,活性位点或基团使有机半导体结构多种多样。但是由于合成过程易于控制,大多数高性能有机半导体都是基于对称共轭结构,对不对称共轭分子的研究却相对滞后。这种情况同样存在于蒽的衍生物中,其不对称结构的衍生物的数量和性质都远不及对称结构。通过对有机半导体中对称结构和不对称结构的对比研究,有助于理解载流子传输机理,指导高性能有机半导体的合成。在应用研究方面,有机半导体官能团多,导致与其它有机分子相互作用多,可应用于化学传感器。基于OFETs的传感器具有机械柔韧性,生物相容性,低温溶液处理和质量轻的优点,使其成为实现实时实地检测的理想选择。有机磷农药过度使用对生态环境和人类健康构成了严重威胁。传统的农药检测方法主要基于具有较高的灵敏度和选择性的色谱和质谱技术。然而,由于需要大型,昂贵的仪器以及复杂的样品制备过程,因此无法实现快速、实时、高效的检测。基于以上背景,本文以小分子有机半导体材料构建的有机场效应晶体管为基础,进行了有机小分子半导体在基础性能和应用两个方面的研究,具体如下:1.以蒽分子为骨架,合成两种具有不对称结构的蒽类衍生物2-phvA和2-pheA,将这两种材料和之前报道过的2-phA一起进行UV、CV和TGA表征确定其能级结构和热稳定性。分别制备了基于三种材料的薄膜和单晶的有机场效应晶体管器件,对器件进行场效应性能的表征和通过器件迁移率对温度的依赖关系研究有机半导体中载流子传输模式。实验结果表明2-phvA的单晶器件在三种材料中具有最高的迁移率,也高于其对应的对称结构的蒽衍生物,达到10 cm2 V-1s-1,这同时也是为不对称蒽类衍生物中的最高值,且变温实验中发现2-phvA载流子存在两种传输模式,类能带传输和跃迁传输。跃迁传输具有低至8.03meV的活化能。单晶分析结果表明2-phv分子堆积模式为鱼骨状堆积,分子垂直于基底生长。2.利用单层分子晶体制备了OFETs传感器,将制备的MMC-OFETs传感器用于有机磷农药乐果的检测,检测的结果表明传感器对乐果表现出超高的灵敏性和快速的响应/恢复速度（20 s/68 s）,检测限低至0.60 ppb,远远低于人体每天的耐受剂量。在不同的乐果蒸气浓度下,基于单层分子晶体的OFETs传感器的响应度均明显高于多层晶体的OFETs传感器。与几种不同的气体和其他有机磷农药（水、氯仿、异丙醇（IPA）、丙酮、正己烷、敌百虫和敌敌畏）相比,传感器对乐果蒸气有明显的选择性。进一步制备了基于柔性基底的传感器,在不同的弯曲程度下器件表现出良好的稳定性和传感性能。最后通过分子结构分析和器件亚阈值摆幅和缺陷密度的计算解释传感机理。
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