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有机场效应晶体管有着巨大的应用化前景,无论是学术界还是工业界都给予了广泛关注并积极参与其中。研究表明,材料的结构特性很大程度上决定着器件的性能,因此设计和开发综合性能优良的新型有机半导体材料有着非常重要的意义。本论文主要研究了p-型和n广型有机小分子半导体材料的合成及其性质,内容及成果总结如下:
1.设计并成功合成了一类噻吩桥连异靛青(ITI)结构的半导体材料。该结构分子通过C=C双键连接两个吲哚羟-2-酮单元和一个对称的噻吩衍生物单元。1H-13C HMBC,1H-1H NOESY和1H NOE等核磁测试结果表明分子采取单一的,稳定的Z,Z构型。4-三氟甲基苯封端的ITI衍生物(ITTI和IDTI)的溶液法制备的薄膜OFET器件表现为p-型传输性能,高温退火后在空气中的迁移率分别为0.045和0.075 cm2 V-1 s-1。
2.设计并合成了一类新的有机染料小分子SDPPs,其结构类似从中间错开的DPP结构。其薄膜场效应器件的空穴迁移率达到10-2 cm2V-1s-1,SDPP-C8的纳米线场效应器件的空穴迁移率达到2.55 cm2V-1s-1。该结构具有比DPP更长波长可见吸收,其光谱吸收比DPP红移超过100 nm。带隙约为1.7 eV,LUMO能级接近-3.7 eV。
3.设计并合成了一种新的近红外吸收分子NIR,是在类SDPP分子上衍生出来的大稠环分子,对其光电性能进行了表征。NIRs分子的溶液吸收可达1000 nm,薄膜吸收可达1500 nm,带隙小于1.2 eV。
4.设计并合成了一类13,13,14,14-四氰基-5,11-二噻吩并蒽醌二甲烷衍生物,引入了烷基取代的噻吩并环结构,材料具有很好的溶解性。癸烷基取代的M-C10作为有机场效应器件的介电层表现出很好的功能性,可与完美修饰的OTS层相比拟,使酞菁铜的场效应器件的迁移率提高了近100倍。
5.设计并合成了一类以TCPQ为核,两端为酰二亚胺基团的TCPQDI衍生物,该结构扩展了TCNQ化合物的种类。由于通过酰二亚胺基团的N引入柔性烷氧基链,并五苯醌衍生物PQDIs具有较好的溶解性,且二酰亚胺基团提高了分子的反应活性,使其可以在温和的条件下和Lehnerts试剂反应。TCPQDI衍生物中引入的四酰二亚胺基团有效地增加了π-电子云离域,使化合物具有低的LUMO能级(<-4.0 eV)。研究还发现PQDI-OC10有液晶相的变化。