基于二并吡咯酮與萘酰亞胺單元構(gòu)建的聚合物半導(dǎo)體材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及基于二并吡咯酮（DPP)與萘酰亞胺單元構(gòu)建的聚合物 半導(dǎo)體材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 溶液法制備的小分子半導(dǎo)體薄膜在不同區(qū)域的結(jié)晶性是不同的，從而導(dǎo)致薄膜 均一性不一致，盡而影響其大面積制備光電器件（Chen，H.J. ;Guo，Y.L. ;Yu，G. ;Zhao，Y.; Zhang，J. ;Gao，D. ;Liu，H.T. ;Liu，Y.Q.Adv.Mater. ,2012, 24, 4618·)。因此，可溶液法加 工的高分子材料受到研究者的格外關(guān)注。由于大多數(shù)n型半導(dǎo)體材料暴露于空氣或潮濕 環(huán)境下都有明顯的器件性能衰減（Sirringhaus,Η.Adv.Mater.，2009, 21，3859.)。目前 極少有關(guān)于可在空氣中測試出雙極性性能0FET高分子材料報道。因此，設(shè)計合成具有良 好空氣穩(wěn)定性的雙極性高分子材料仍然是一個巨大挑戰(zhàn)?；诙⑦量┩―PP)單元構(gòu) 建的D-A型高分子半導(dǎo)體材料由于其分子間緊密的31-31堆積，給-受體（D-A)型分子 內(nèi)的極化作用而使得這類高分子材料具有優(yōu)異的0FET器件性能（>1. 0cm2VS4 (Lei，T.; Cao,Y. ；Zhou,X. ；Peng,Y. ；Bian,J. ；Pei,J.Chem.Mater. , 2012, 24, 1762 ；Bronstein,H.； Chen,Z.Y. ；Ashraf,R.S. ；.Zhang,ff.M. ；Du,J.P. ；.Durrant,J.R. ；Tuladhar,P.S.； Song,K. ；ffatkins,S.E. ；Geerts,Y. ；ffienk,Μ.M. ；Janssen,R.A.J. ；Anthopoulos,T.； Sirringhaus,H. ；Heeney,M. ；McCulloch,I.J.Am.Chem.Soc. , 2011, 133, 3272 ；Ha,J.S.； Kim，K.H. ;Choi，D.H·J.Am.Chem.Soc·，2011，133, 10364 ;Li，Y.N. ;Sonar，P. ;Singh，S.P.; Zeng，W.J. ;Soh，M.S.J.Mater.Chem.，2011，21，10829 ;Yuen，J.D. ;Fan，J. ;Seifter，J.; Lim，B. ;Hufschmid，R. ;Heeger，A.J. ;Wudl，F(xiàn).J.Am.Chem.Soc.，2011，133, 20799 ; Chen,Z.Y. ；Lee,M.J. ；Ashraf,R.S. ；Gu,Y.；Albert-Seifried,S. ；Nielsen,Μ.M.； Schroeder,B. ；Anthopoulos,T.D. ；Heeney,M. ；McCulloch,I. ；Sirringhaus,H.Adv. Mater.，2012, 24, 647.)。萘酰亞胺單元由于其良好的平面性，較低的LUM0軌道能級而常 用于構(gòu)建η型 0FET半導(dǎo)體材料（Gao,X.K. ;Di,C-A. ;Hu,Υ·B. ;Yang,X.D. ;Fan,Η·Y.; Zhang,F. ;Liu,Y.Q.Li,Η·X. ;Zhu,D.B.J.Am.Chem.Soc. , 2010, 132, 3697.)。其中其于萘 酰亞胺（NDI)的D-A型高分子材料的電子迀移率可達(dá)0. 85cm2V1s1 (Yan,H. ;Chen,Z.Η.; Zheng,Y. ；Newman,C. ；Quinn,J.R. ；Kastler,M. ;Facchetti,A.Nature. , 457, 679.) 〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種二并吡咯酮（DPP)與萘酰亞胺單元構(gòu)建的聚合物半導(dǎo) 體材料及其制備方法與應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明提供的式I所示二并吡咯酮（DPP)與萘酰亞胺（NDT)單元構(gòu)建的聚合物半 導(dǎo)體材料（DPP-NDIT)，其結(jié)構(gòu)通式如式I所示。
[0005]
[0006] 所述式I中，札和R2均為Cl~C60的直鏈烷基、支鏈烷基或碳氟鏈烷基。m= 0-10 ；
[0007]η為聚合度，η為5-300,具體的，η為6-7或9-10或6-10或5-100或5-50或5-20。
[0008] 上述式I中，C1~C60的烷基為直鏈烷基或支鏈烷基或碳氟鏈烷基；所述直鏈烷 基為碳原子總數(shù)為1-16的直鏈烷基，具體為正辛基；
[0009] 所述支鏈烷基為2-甲基丙基、2- 丁基己基、2-己基辛基、2-辛基癸基、2-己基癸 基、2-辛基十二烷基或2-癸基十二烷基；
[0010] 所述碳氟鏈烷基為2, 2, 3, 3, 4, 4, 4-七氟丁基或2, 2, 3, 3, 3-五氟丙基。具體的， 所述式I所示聚合物為式la所示聚合物中的任意一種：
[0011]
[0012] 所述式la中，m為0或1或2 ; 、^c8h17
[0013]札為_(^17或-、
[0014]η= 5-300,具體的，η為 6-7 或 9-10 ;
[0015] 其中，m= 1，札為 _(：8!117時，為聚合物DPP-NDIT2-S; .H
[0016]m= 0,札為 17 時，為聚合物DPP-NDIT1-B;
[0017] m= 1，札為一C8 17 時，為聚合物DPP-NDIT2-B; C:丨(丨H2i ,c8hI7
[0018] m= 2,札為 時，為聚合物DPP-NDIT3-B。
[0019] 本發(fā)明提供的制備式I所述聚合物的方法，包括如下步驟：
[0020] 將式II所示化合物與式III所示化合物于溶劑中進(jìn)行Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)完 畢得到所述式I所述聚合物；
[on?11
[0022] 所述式II和式III中，&、私和m的定義與權(quán)利要求1相同。
[0023] 上述方法中，所述式III所示化合物與式II所示化合物的投料摩爾用量比為1: 0· 95-L05,具體為 1 :1;
[0024] 所述Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)步驟中，溫度為90-140°C，優(yōu)選120°C;時間為20小時-90 小時，優(yōu)選72小時；
[0025] 所述Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)在惰性氣氛和堿性溶液中進(jìn)行；
[0026] 其中，所述惰性氣氛具體為氮氣氣氛；所述堿性溶液具體為碳酸鉀溶液；所述堿 性溶液的濃度具體為〇. 1-5M，優(yōu)選2M;
[0027] 所述溶劑選自甲苯和二甲苯至少一種。
[0028] 所述Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)具體為在催化劑和膦配體存在的條件下進(jìn)行反應(yīng)；
[0029] 所述催化劑具體選自三（二亞芐基丙酮）二鈀、四（三苯基膦）鈀、二（三苯基 膦）二氯化鈀和二（二亞芐基丙酮）鈀中的任意一種；
[0030] 所述膦配體為三（鄰甲基苯基）膦、三苯基膦、三（呋喃基）膦中的至少一種。
[0031] 所述式II所示化合物與式III所示化合物、鈀催化劑和膦配體的投料摩爾用量比 依次為 1 95 ~1. 05 :0. 01 ~0. 20 :0. 02 ~0. 20,具體可為 1. 0 :1. 0 :0. 05 :0. 1。上述反 應(yīng)流程示意圖如圖1所示。
[0032] 另外，上述本發(fā)明提供的式I所示聚合物（DPP-NDIT)在制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管中 的應(yīng)用及以所述式I所示聚合物為有機(jī)半導(dǎo)體層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，也屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0033] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0034] 1、合成路線簡單、有效；原料為商業(yè)化的廉價產(chǎn)品，合成成本低；合成方法具有普 適性，可以推廣應(yīng)用到其他各種取代基取代的DPP-NDIT聚合物的合成。
[0035] 2、取代的DPP-NDIT聚合物是線性π大共輒分子，具有剛性的平面結(jié)構(gòu)以及較高 分子量。
[0036] 3、取代的DPP-NDIT聚合物可通過噻吩數(shù)目的多少調(diào)控能級，滿足制備高迀移率 的雙極性0FET器件條件。
[0037] 4.以本發(fā)明的DPP-NDIT聚合物為有機(jī)半導(dǎo)體層制備的0FET，空氣可測試出空穴 和電子迀移率（μ)(空穴和電子迀移率都約為0.01cm2/V·s)，在0FET中有良好的應(yīng)用前 景。
【附圖說明】
[0038] 圖1為聚合物DPP-NDIT的合成路線。
[0039] 圖2為聚合物DPP-NDIT在溶液中的吸收光譜。
[0040] 圖3為聚合物DPP-NDIT薄膜的吸收光譜。
[0041] 圖4為聚合物DPP-NDIT的循環(huán)伏安曲線。
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