[發明專利]一類寬帶隙萘類有機半導體材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710098010.7
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106831364B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 孟鴻;閆麗佳;趙亮;黃維
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C07C41/30
• 分類號: C07C41/30;C07C43/205;C07C319/20;C07C321/28;C07C1/32;C07C15/24;C09K11/06;H01L51/54;H01L51/05;H01L51/30
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本發明涉及一類寬帶隙萘類有機半導體材料及其制備方法和應用，該寬帶隙有機半導體材料的結構通式為本發明提供的上述結構化合物，具有較寬帶隙，較好的熱穩定性，光穩定性，優異的載流子傳輸效率，可廣泛應用于有機電致發光器件、有機場效應晶體管器件等光學器件，具有很好的普適性和重復性等優點；本發明提供的合成路線簡單高效，原料廉價，合成成本低，適用于工業化生產。

技術領域

本發明涉及光電材料領域，具體涉及一類寬帶隙萘類有機半導體材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電子科技的迅速發展，有機場效應晶體管由于其成本低，制備工藝簡單，可與柔性生物基底兼容，可化學修飾等特性，可廣泛應用在大面積柔性顯示，智能卡，傳感器和射頻標簽等等領域。隨著現代電子設備的發展，對透明電子設備的需要也越來越廣泛，透明薄膜晶體管成了科研工作者的研究熱點。到目前，應用到透明晶體管中的半導體材料絕大部分是無機氧化半導體材料，如氧化鋅(ZnO)，錫的氧化物(SnO_x)，氧化銦(In₂O₃)或者是它們的混合物。對于光學透明半導體材料的來講，其帶隙需要大于3.3eV。在目前報道中，沒有報道過帶隙大于3.3eV的有機半導體材料，目前報道的用于有機透明晶體管中，其半導體材料(并噻吩衍生物和并苯噻吩衍生物)不具備真正的光學透明特性，而是超薄的淺色有機層薄膜。由于無機半導體材料的制備工藝復雜，溫度高，不能與柔性基底兼容，而且無機氧化物半導體材料表現為n型的半導體材料特征。因此，開發寬帶隙的透明有機半導體材料是目前現代柔性電子設備發展的需求。

目前小分子有機半導體材料在晶體管中的應用已基本達到實用化的要求，其中并苯類小分子半導體由于具有平面共軛性成為關注的熱點。并苯系列中，并五苯和紅熒烯都表現出了較高的空穴遷移率，但是它們在空氣中都極不穩定，真空和避光技術都大大提高了成本。隨著并苯環數量的減少，材料的帶隙變大，并五苯、并四苯、蒽和萘的帶隙分別為1.8eV、3.1eV、4.1eV和4.8eV。相比蒽和萘都表現出了較寬的帶隙，較高的熱穩定性和光穩定性，同時其衍生物材料在有機場效應晶體管中也有較好的表現。

發明內容

本發明的目的是提供一類寬帶隙萘類有機半導體材料，該類材料具有較寬的帶隙(部分材料帶隙高達3.35eV)，其薄膜具有光學透明性，良好的熱穩定性和光穩定性，較高的壽命，并表現出了較高的空穴遷移率(大于1.3cm²/Vs)；同時，該類材料的制備方法簡單，成本低，產率高；該類材料可廣泛的應用到透明薄膜場效應晶體管中。

為了達到上述技術目的，本發明的技術方案具體為，一類寬帶隙萘類有機半導體材料，其結構通式為結構I，

其中，Ar₁和Ar₂獨立的選自芳香基；R₁和R₂獨立的選自烷基、芳基、硫烷基、氧烷基、硫芳基、氧芳基和硅烷基，R₁和R₂相同或者不相同。所述的芳香基為苯基、噻吩基、含氧雜環基、含氮雜環基和含硅雜環基，所述烷基為碳原子數為1～16的直鏈或者支鏈烷基。

一類寬帶隙萘類有機半導體材料(如上述權利要求1-2中任意一項)制備方法，其特征在于，制備步驟為：將2，6-二溴萘和烷基取代芳香基硼酸，按一定比例溶于含有催化劑和堿性溶液的有機溶劑中，在無氧條件下，加入至100～120℃，進行Suzuki偶聯反應，反應18h～48h后，得到寬帶隙萘類有機半導體材料

a.當2，6-二溴蒽和烷基取代芳香基硼酸的摩爾比1∶2.0～2.5，得到有機半導體材料為