新型噻吩类有机场效应晶体管材料的合成与表征

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有机场效应晶体管(OFETs)是以有机半导体材料为有源层的场效应晶体管器件。自从1986年第一个有机场效应晶体管问世以来,有机场效应晶体管就以其低成本、柔韧性好、可大面积制备等优点而备受关注。目前大多数双极性OFETs是采用n型和p型有机半导体材料的混合物或双层结构制作的,而真正采用单组分的双极性有机半导体材料制作的OFETs却很少。低能带隙的双极性有机半导体材料具有平衡的电子和空穴场效应迁移率,具有很大的研究价值。本文对新型噻吩类有机场效应晶体管材料的合成与表征进行了研究。文章分为两个部分: 第一部分:从分子设计和材料设计的角度入手,在传统的有机半导体材料-低聚噻吩的基础上,通过引入强吸电子基团(二氰基乙烯基)和给电子基团,合成出了受体-给体-受体结构的低聚噻吩类双极性有机半导体材料。实验结果表明,该化合物具有很好的溶解性,能溶于二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氢呋喃等常用有机溶剂中。通过1H NMR、13C NMR、质谱、红外光谱以及元素分析等表征手段证明了结构的正确性。与常见低聚噻吩DH-4T、DH-5T、DH-6T相比,该化合物具有较好的热稳定性,在氮气中的起始分解温度高达347℃。紫外-可见光谱表明,化合物在三氯甲烷溶液中的吸收范围几乎涵盖了整个近紫外区和可见光区,最大吸收峰为513 nm,与DH-4T、DH-5T、DH-6T的最大吸收峰相比,发生了明显的红移,并由此推算出该化合物的能带隙仅为1.77 eV。荧光光谱表明,化合物在三氯甲烷溶液中的最大荧光发射峰为653 nm。通过循环伏安曲线我们推算出该化合物的LUMO能级为-3.70 eV,在-3.00~-4.00 eV之间,有利于电子的传输;其HOMO能级为-5.50 eV,在-4.90~-5.50 eV之间,有利于空穴的传输。能带隙为1.80 eV,由此可以判断该化合物是一种低能带隙的双极性有机半导体材料。 第二部分:设计在分子中引入强吸电子基团吡啶环,计划合成梯形并噻吩类n型有机半导体材料,目前正在尝试最终产物的结构表征,之前的反应中间体有着明确的结构表征(1H NMR、13C NMR、红外光谱等)。另外,我们还设计在前者梯形结构的基础上引入己基链,试图合成另一种n型有机半导体材料,并研究烷基链对并噻吩类材料溶解性的影响。
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