【摘 要】
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有机光电晶体管（OPTs）性能优异,同时具备溶液加工、柔性、可大面积制造、相对低的制造成本等优点,在工业化生产上表现出巨大潜力。如何进一步提高有机光晶体管性能参数依然是极具研究价值的重要课题。影响OPTs性能的关键物理过程主要包括光生载流子的生成以及载流子的传输。如何有效调节电荷传输和激子复合是制备高性能器件的关键问题。近几十年来,光诱导分子内电荷转移（ICT）在离子检测方向已经得到了充分的研究与
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有机光电晶体管（OPTs）性能优异,同时具备溶液加工、柔性、可大面积制造、相对低的制造成本等优点,在工业化生产上表现出巨大潜力。如何进一步提高有机光晶体管性能参数依然是极具研究价值的重要课题。影响OPTs性能的关键物理过程主要包括光生载流子的生成以及载流子的传输。如何有效调节电荷传输和激子复合是制备高性能器件的关键问题。近几十年来,光诱导分子内电荷转移（ICT）在离子检测方向已经得到了充分的研究与应用。苝二酰亚胺（PDI）及其衍生物自身具备大共轭结构,在可见光区具有出色的吸收能力,制备过程中容易形成具有良好π-π堆积的薄膜结构。自身表现出良好的电子传输能力,成为许多光电器件的主要活性材料,在有机场效应晶体管（OFET）、传感器、生物成像等领域得到了广泛应用。本论文对PDI分子进行合理的设计,将具有光诱导ICT效应的PDI分子应用于有机光电检测器的制备,希望实现电荷传输与激子复合的平衡调控。此外,聚合物半导体材料在太阳能电池、薄膜晶体管、二极管中具有广阔的应用。水面空间限域法是一种在水面上制备薄膜材料的方法,通过薄膜转移就可以获得无溶剂损伤的有机叠层器件,在柔性器件及层状异质结器件制备上具有显著优势。本论文对水面空间限域法制备聚合物薄膜进行了研究,并进一步测试了其光电检测性能。本论文包括以下五个部分:第一章:介绍了OPTs的基本参数以及ICT过程的理论基础,总结了近年来基于有机材料光电晶体管和聚合物成膜方法的的发展状况。在此基础上形成了本论文的研究思路。第二章:设计并合成了PDI芳香衍生物BNM-PTCDI与BPM-PTCDI,并将其制备成了OPTs,对其光电性能进行了测试。试验结果表明随着蒸镀过程中基底温度的升高两者的电子迁移率总体呈现增大的趋势,最大电子迁移率分别达到0.029 cm~2v-1s-1与0.045 cm~2v-1s-1。以BNM-PTCDI为活性材料制备的光电晶体管具有出色的光电响应性能,光响应度（R）为1.20×10~3A/W,比探测率（D*）为3.38×1011 Jones,检测限低至0.8·μW cm-2。而基于BPM-PTCDI的光电晶体管在光照强度为80·μW cm-2时,仅表现出8.1 A/W的光响应度和1.41×10~9 Jones的比探测率。BNM-PTCDI的优秀光响应性能得益于萘基的引入为光诱导ICT提供了前提条件。BNM-PTCDI分子的HOMO能级为-5.70 e V,分布在萘基侧链基团上。当苝二酰亚胺骨架被光激发形成激子后,萘基电子实现向苝二酰亚胺骨架的转移。第三章:设计并合成了苝二酰亚胺叔胺衍生物PQ-PDI与PD-PDI,并对两种材料的光学性质、热稳定性及光电性能进行了表征。试验结果表明:PQ-PDI可以检测到450 nm激光。随着光照时间的加长显示出增强的电导性能,同时具有长时记忆功能,在光突触领域具有较大的应用潜力。第四章:运用水面空间限域法制备了C8-BTBT的2D单晶与聚合物PFT-100薄膜。C8-BTBT的2D单晶的空穴迁移率最大为0.13 cm~2v-1s-1。PFT-100薄膜的迁移率为0.030 cm~2v-1s-1与旋涂法相比增大了0.005 cm~2v-1s-1。当光照强度为0.25μW cm-2（450 nm）时,基于PFT-100薄膜OPTs的R与D*最大分别达到26.4A/W与5×1010 Jones。本研究为有机聚合物薄膜的制备提供了参考。第五章:总结了本论文课题的研究结果和未来研究方向。
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