新型芘类有机半导体材料的设计与合成

摘要

和传统无机半导体材料比较，有机半导体材料具有的制造成本低、来源广泛、稳定性好、可与柔性衬底兼容等优点，受到越来越多的关注。但是，有机半导体材料的研究仍然存在着一些挑战，例如：缺乏稳定、高迁移率的n型材料，分子固态堆积的影响仍不清楚。发展新颖的有机半导体骨架，探索其中的构效关系，对促进有机半导体材料的发展有重要意义。　　芘由四个苯环组成，这种良好的平面共轭结构赋予其独特的光电性质，例如：量子产率高、寿命长以及易形成激基缔合物等特点。本文选择芘为基本骨架，在芘的4，5，9，10位置引入吸电子基团，构筑一系列芘二酰亚胺类衍生物和芘酰亚胺并咪唑类衍生物，研究了不同的吸电子基团对主体骨架的光、电性能等方面的影响。主要包括以下研究内容：　　1. 在2，7-二叔丁基-4，5，9，10-芘二酰亚胺（t-PyDI）的N位引入不同的吸电子基团，合成了一系列新型的t-PyDI类衍生物，并对其光学、电学性质进行了系统的研究。我们运用了电化学、Z-Scan等手段进行表征，探索此类分子的光电性质。采用GI-XRD，XRD，SEM等手段研究了所得固态薄膜的形貌和晶体堆积。通过以上测试，探究了吸电子基团对主体骨架能级和带隙的影响，同时考察了不同功能性的侧链基团对分子的荧光、磷光、分子形貌、固体堆积等方面的影响。结合PVD方法制备了底栅顶接触的有机场效应晶体管器件，并对不同取代基团对器件迁移率的影响进行了研究。　　2. 在2，7-二叔丁基-4，5，9，10-芘四甲酸二酐的化合物基础上引入了咪唑基团，构筑了对称和不对称的芘酰亚胺并咪唑类化合物。运用紫外-可见光谱、理论计算等手段对所得分子的电子结构进行了考察。研究证明引入咪唑结构能够增大芘酰亚胺衍生物的共轭体系，降低了体系的带隙，为进一步设计新型有机半导体材料提供了思路。

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