梯形共轭聚合物和三键连接的十字形小分子的合成及其场效应晶体管性能研究

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本硕士论文的主要工作是围绕以下三部分工作展开的:   1.合成了一种新型的梯形共轭聚合物PPBBTZ,并研究了该聚合物的一些物理化学性能:分子量,溶解性,热稳定性(TGA和DSC),紫外-可见光吸收以及电化学性质。PPBBTZ具有非常好的热稳定性,在氮气和空气中的分解温度分别为323℃和299℃,且在280℃以下没有明显的相转变发生。PPBBTZ在普通有机溶剂如氯仿,四氢呋喃,氯苯,二氯苯等中有良好的溶解性。该梯形共轭聚合物具有非常宽的光学吸收范围(200~750 nm)和窄的能带隙(1.65 eV)。同时,电化学测量结果显示PPBBTZ具有适当的HOMO能级和LUMO能级(-5.46 eV和-3.81 eV)。这些结果表明梯形聚合物PPBBTZ将会在有机光电材料领域有潜在的应用。   2.合成了一系列基于苯并二噻吩为骨架、不同位置烷基链取代的含三键的十字形小分子3-1a~3-1d。研究了它们的热稳定性(TGA),光学吸收(紫外-可见光吸收和荧光),电化学性质,同时还制备了四个化学物的单晶。进一步测试和表征了上述化合物的XRD和AFM。实验结果显示烷基链的引入及其取代位置的改变对于化合物的光学吸收以及HOMO-LUMO能级影响甚微,但却会引起它们在单晶结构中的分子排列、分子间相互作用和固态中的形貌的不同,并最终在一定程度上影响化合物的有机场效应晶体管(OFET)器件性能:3-1a的单根微纳米晶体的器件迁移率最高达0.81 cm2 V-1 s-1,溶液法制备的薄膜OFET器件中3-1c的迁移率最高达0.106 cm2V-1s-1,比薄膜器件3-1b(0.006 cm2 V-1 s-1)和3-1d(0.002 cm2 V-1 s-1)的高2个数量级。这些结果为我们进一步研究十字形分子半导体材料的结构-性能间的关系提供了有用信息。   3.首次尝试将醌式结构作为强的吸电子基团(acceptor)引入到有机半导体材料中,设计合成了以苯并二噻吩的醌式结构为acceptor,三键连接不同供电子基团(donors)的新型Donor-Acceptor-Donor结构的小分子4-1a~4-1c。研究了它们的热性能(TGA)和紫外-可见吸收光谱以及电化学性质。结果显示不同的donors(苯基、噻吩和2,2-联二噻吩)对分子的LUMO能级影响较小,4-1a~4-1c的LUMO能级相似约为-4.6 eV。但donors的不同会显著影响化合物的紫外-可见光吸收和分子的能带隙。4-1a~4-1c三个化合物的能带隙分别为的为1.96 eV,1.84eV和1.30 eV。这为我们今后设计新型高性能分子时进行合理调节能带隙提供了借鉴。  
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