【摘 要】
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双组分给受体有机共晶材料因其存在独特的分子堆砌方式,形成了不同组分间的协同效应,使其可能展现出双极性电荷传输性质,为有机器件的多功能化提供了新途径。但是,由于目前存在的有机给体和受体分子非常多,通过实验直接合成共晶材料的难度较大,并且目前对共晶材料电荷传输机理的认识还不够深刻。因此,本论文基于密度泛函理论（DFT）及电荷输运模拟,利用CnBTBT/FmTCNQ和TIPS-PEN/TIPS-TAP两
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双组分给受体有机共晶材料因其存在独特的分子堆砌方式,形成了不同组分间的协同效应,使其可能展现出双极性电荷传输性质,为有机器件的多功能化提供了新途径。但是,由于目前存在的有机给体和受体分子非常多,通过实验直接合成共晶材料的难度较大,并且目前对共晶材料电荷传输机理的认识还不够深刻。因此,本论文基于密度泛函理论（DFT）及电荷输运模拟,利用CnBTBT/FmTCNQ和TIPS-PEN/TIPS-TAP两种给/受体组合来构筑共晶结构,并在分子层面对各个体系的电子和空穴的传输机理进行研究。首先,我们利用全量子理论模拟计算CnBTBT/FmTCNQ（n=8,12,m=0,2,4）共晶体系的电荷输运性质,结论如下:（1）此共晶体系中,当m=0时,随着烷基链的增加,共晶体在bc平面内的π共轭程度增加,故共晶体的迁移率增加;当m=2时,由于引入强的吸电子基团,共晶体的电子迁移率与m=0时基本相平,但是由于空穴转移积分值非常小,导致共晶体的空穴迁移率最小;当m=4时,最近邻分子对间的电子转移积分值很小,导致体系的电子迁移率最低,而空穴的第二近邻及第三近邻分子对的转移积分值较大,所以与m=2时相比体系的空穴迁移率增加。（2）在C8BTBT/TCNQ和C12BTBT/TCNQ共晶结构中可以很好的实现双极性传输。在室温下,两个体系的电子/空穴迁移率可分别达到1.8/0.75和2.5/1.8 cm2 V-1 s-1。通过计算分析发现,这两种共晶体能够实现双极性传输的原因主要有两个,其一是晶体中电子和空穴最近邻分子对的转移积分值大小相当,其二BTBT分子中C的侧链长度对重组能几乎没有影响。（3）所有CnBTBT/FmTCNQ（n=8,12,m=0,2,4）共晶结构中无论是电子还是空穴传输都表现出明显的各向异性,沿着π-π堆积方向载流子迁移率明显高于其他方向,这为进一步调控分子的迁移率提供了可能。其次,由于CnBTBT（n=8,12）分子和FmTCNQ（m=0,2,4）分子的结构相差较大,制备此共晶结构具有一定的挑战。我们采用另一种常用的TIPS-PEN分子作为供体分子,其本身的N原子取代物作为受体分子。利用Marcus理论研究此体系中载流子的迁移率变化,结论如下:（1）我们发现当N原子数量为4,且在非边缘位置进行对称取代时,晶体可以从P型传输转变为N型传输。在350 K时,该取代物（TIPS-TAP）的电子迁移率可达22.32 cm2 V-1s-1。（2）当TIPS-PEN/TIPS-TAP中供体与受体数量比为1:1,1:2以及2:1时,形成的所有共晶体中电子迁移率都高于空穴迁移率,具有更好的电子传输能力。产生这一现象的原因可能是由于受体TIPS-TAP分子的迁移率高于供体TIPS-PEN分子,形成共晶体后电子的传输仍然占主导地位。（3）当TIPS-PEN/TIPS-TAP中供体与受体数量比为2:1,且沿着b方向取代时,所形成的共晶体可以很好的实现双极性传输。350K时电子和空穴的迁移率分别达到12.37和0.39 cm2 V-1 s-1。此结构沿着a方向电子迁移率可高达～30 cm2 V-1s-1,远高于 CnBTBT-TCNQ（n=8,12）共晶结构。本论文的研究结果表明,通过选用合适的供/受体,形成的共晶体可以具有双极性特性,其中当供体和受体的结构比较相似时,载流子的迁移率可以得到进一步的提高,这为高性能双极性共晶材料的设计提供了理论指导。
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