论文部分内容阅读
有机场效应晶体管(OFETs)采用有机半导体材料来传递载流子，可通过溶液加工的方法大面积制备，具有和柔性基底兼容、材料来源广泛、成本低廉等特点，在柔性显示、射频识别、传感器等领域具有巨大的应用潜力，获得了学术界和产业界的密切关注。有机半导体材料是OFETs的基础，材料的性质直接影响和制约着器件的性能，设计并合成综合性能优良的新型有机半导体材料具有非常重要的意义。目前，n-型和双极性型有机半导体在性能和种类上都远落后于p-型，但是它们在很多应用领域都是不可或缺的。本论文为此开展了n-型小分子和双极性型聚合物的设计合成及其OFETs器件性能的详细研究工作。此外，我们还合成了一系列具有稳定开壳层双自由基特性的S杂/N杂的稠环小分子材料，它们有着独特的结构和对温度、压力等响应的性质，在自旋磁性材料、储能器件和传感器领域有着广阔的应用前景。本论文主要包括以下内容: 1.设计合成了一类烷基链取代位置不同的并二噻吩乙烯二氰亚甲基醌式化合物O-QBTTE3C和I-QBTTE3C，它们的烷基链分别位于分子外侧和内侧。通过吸收光谱、电化学、热重分析等方法，对化合物的物理化学性质进行了详细表征。通过溶液加工的方法构筑了基于O-QBTTE3C和I-QBTTE3C的有机薄膜场效应晶体管器件，分别测得了6.84×10-2cm2/(V.s)和4.29×10-2cm2/(V.s)的电子迁移率。它们的迁移率较为接近，表明烷基链位置对它们性能的影响小。 2.设计合成了一种氟原子取代的并二噻吩乙烯二氰亚甲基醌式化合物F2-QBTTE，作为对比，不含氟的QBTTE也被合成出来。通过吸收光谱和电化学表征了它们的物理化学性质，结果表明氟原子的引入强烈地改变了薄膜吸收和能级结构。制备了基于两个材料的薄膜OFETs器件，F2-QBTTE最高电子迁移率达到了0.4cm2/(V.s)，而QBTTE只有0.021cm2/(V.s)，表明氟原子的引入显著提高了这类材料的OFETs性能。 3.设计合成了两种包含并二噻吩乙烯单元的D-A聚合物P1-P2。并二噻吩通过双键桥联扩大了共轭体系，与缺电子的联二噻吩酰亚胺和萘二酰亚胺分别聚合后，获得了中等分子量的聚合物。针对它们的电化学、紫外-可见吸收光谱和OFETs器件性能进行了详细研究。采用溶液甩膜法制备的基于它们的薄膜OFETs器件，都测得了双极性传输特性，其中P1高温退火后出现双极性，而P2未经退火就表现出双极性。 4.将五元稠环醌式化合物QDTBDT2C和铜反应制备了一种电荷转移复合物Cu-QDTBDT2C。通过颜色变化、红外光谱、拉曼光谱、紫外可见吸收光谱等证明了电荷转移复合物的生成。利用紫外光电子能谱和X射线光电子能谱分别表征了铜膜在QDTBDT2C溶液中浸泡不同时间后导致铜的功函和价态的变化。制备了以铜作为源漏电极的QDTBDT2C的薄膜OFETs器件，性能是同样条件下金电极的近两倍。该工作为基于醌式材料和铜电极的自掺杂来改善器件性能提供了新的思路。 5.设计合成了一系列S杂、N杂的二氰亚甲基封端的醌式小分子QBDT、QC、F2-QC、m-IDCzCN和p-IDCzCN。通过变温核磁、变温紫外可见吸收光谱、拉曼光谱、单晶解析等并结合理论计算，对它们的性质进行了详细研究。所含杂原子种类和共轭体系的大小显著影响它们的双自由基性质:QBDT表现出醌式特性;含氮的QC分子是已报道的共轭结构最小的双自由基分子之一;而共轭体系增大的五元环m-IDCzCN和p-IDCzCN有着更加稳定的多聚体结构。具有双自由基特性的小分子对热、压力等变量具有颜色上的响应，在相应的传感领域有着潜在的应用价值。