[發明專利]一類氮雜吲哚酮苯并呋喃酮-噻吩苯并噻二唑共軛聚合物及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201711136229.8
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107814918B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 張衛鋒;史柯利;魏聰源;于貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/30;H01L51/05
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;吳愛琴

本發明公開了一類氮雜吲哚酮苯并呋喃酮?噻吩苯并噻二唑共軛聚合物，其結構式如式Ⅰ所示，該類聚合物具有較寬的紫外?可見?近紅外吸收光譜、良好的熱學穩定性，具有合適的前沿軌道能級，有利于空穴和電子注入，可以制備空氣穩定的雙極性場效應晶體管。本發明的氮雜吲哚酮苯并呋喃酮?噻吩苯并噻二唑共軛聚合物的合成步驟少、收率高、聚合物度高、純化工藝簡單易行，適合大規模工業合成。以本發明氮雜吲哚酮苯并呋喃酮?噻吩苯并噻二唑共軛聚合物半導體材料為半導體層制備的有機場效應晶體管具有很高的空穴和電子遷移率。

技術領域

本發明屬于有機半導體材料技術領域，具體涉及一類氮雜吲哚酮苯并呋喃酮-噻吩苯并噻二唑共軛聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

聚合物場效應晶體管是以聚合物半導體材料為載流子傳輸層，通過電場來調節材料導電能力的有源器件，在射頻識別標簽、柔性和大面積顯示屏、可穿戴傳感器以及電子皮膚等方面有著廣闊的應用前景。按照載流子類別，聚合物半導體材料可以分為p-型、n-型以及雙極性三種，其中p-型聚合物材料可以進行空穴傳輸，n-型聚合物材料可以進行電子傳輸，而雙極性聚合物材料則既可以進行空穴傳輸，也可以進行電子傳輸。由于以雙極性聚合物材料載流子傳輸層制備柔性有機集成電路時，比p-型和n-型聚合物材料有著構筑工藝簡單等先天性優勢，使得雙極性聚合物半導體材料近年來越來越受到材料科學和有機微電子研究工作者們的青睞，相關研究已經成為有機電子學領域的熱點和焦點之一。

近十年來，p-型和n-型聚合物半導體材料研究取得巨大進展，其空穴遷移率或電子遷移率已經可以和有機小分子真空蒸鍍薄膜以及單晶場效應晶體管器件的遷移率參數數值相媲美。相比之下，盡管雙極性聚合物半導體材料的研究也取得了較大進步，但無論是在材料的種類、數量、遷移率還是在器件穩定性等方面都存在較大差距。比如，目前具有較高空穴遷移率和電子遷移率(大于1cm²V^-1s^-1)的雙極性聚合物半導體材料仍然局限于少數含吡咯并吡咯二酮結構單元聚合物，并且它們中的大部分也只能在氮氣中才能表現出較高的雙極性性能(Chen,Z.；Lee,M.J.；Ashraf,R.S.；Gu,Y.；Albert-Seifried,S.；Nielsen,M.M.；Schroeder,B.；Anthopoulos,T.D.；Heeney,M.；McCulloch,I.；Sirringhaus,H.Adv.Mater.2012,24,647；Yuen,J.D.；Fan,J.；Seifter,J.；Lim,B.；Hufschmid,R.；Heeger,A.J.；Wudl,F.J.Am.Chem.Soc.2011,133,20799；Lee,J.；Han,A.-R.；Kim,J.；Kim,Y.；Oh,J.H.；Yang,C.J.Am.Chem.Soc.2012,134,20713；Lee,J.；Han,A.-R.；Yu,H.；Shin,T.J.；Yang,C.；Oh,J.H.J.Am.Chem.Soc.2013,135,9540)。開發高性能、空氣穩定的雙極性聚合物半導體材料的最大難點在于前沿軌道能級的精確調控，因為只有具有合適的最高占有軌道(HOMO)能級(-5.1±0.3eV)和最低未占有軌道(LUMO)能級(-4.0eV左右),才有利于空穴和電子的有效注入，從而獲得較高的載流子遷移率，另外也有利于獲得高空氣穩定的聚合物場效應晶體管器件(Salleo,A.Mater.Today 2007,10,38；Wang,C.L.；Dong,H.L.；Hu,W.P.；Liu,Y.Q.；Zhu,D.B.Chem.Rev.2012,112,2208)。對供-受型(D-A)聚合物半導體材料來說，人們已經發現其HOMO能級主要取決于供電單元的HOMO能級，而其LUMO能級主要取決于受電單元的LUMO能級，但是，雙極性聚合物材料的研發工作依然受困于不可預知的供、受體間的電子推拉作用力大小以及薄膜中材料分子的聚集態結構等等。

發明內容