[發明專利]一種含噻唑并噻唑單元的聚合物、制備方法及其用途

有效

• 申請號: 202010923463.0
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112111050B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 劉丙永;尹曉寬;楊偉;張清;郭小軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/05;H01L51/30
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種含噻唑并噻唑單元的聚合物，其具有如下所述的結構式：所述的聚合物為基于2,5?雙(3?((2?乙基己基)噻吩?2?基)噻唑并[5，4?d]噻唑(CTZ)的聚合物。所述聚合物具有良好的溶解性，較好的熱穩定性以及空氣穩定性，所述聚合物失重5％的溫度達284℃。載流子遷移率達到了該類型分子的最高水平，其氮氣條件下，空穴遷移率達到2.3cm²V^?1s^?1；空氣條件下，其遷移率達到1.5cm²V^?1s^?1。并且，該聚合物的合成處理簡單高效利于大量制備。可廣泛應用于有機太陽能電池、有機光電晶體管及有機場效應晶體管等領域，具有潛在的商業應用價值。

技術領域

本發明涉及場效應晶體管領域，具體涉及一種噻唑并噻唑類聚合物的制備方法及用途，尤其涉及一種含有氨基甲酸酯側鏈聚合物的制備方法及其應用于場效應晶體管領域。

背景技術

場效應晶體管(field effect transistor,FET)是微電子技術中最為重要的一種器件，它是通過改變外加電場來改變材料的導電能力的有源器件。20世紀80年代就出現了一些基于有機半導體材料的OFET，直到1986年Tsunura等人報道了基于聚噻吩為活性層的OFET，器件性能較好，符合人們的預期，該項工作為OFET的發展奠定了堅實的基礎。有機半導體器件可以溶液加工，成卷印刷制備，在柔性電子設備的應用中較無機半導體器件具有很大優勢。伴隨著可再生能源和可穿戴電子設備的蓬勃發展，有機光電子學逐漸成為科學研究與技術革新的重要領域，有可能對人類文明的進步產生顯著的影響。先進技術和先進材料往往是同步發展的，材料作為高科技的載體，往往是新技術的決定因素。近年來，有機半導體材料的研究取得了快速的發展，有機電致發光材料已經在顯示和照明領域進入了商業化應用；共軛小分子和高分子半導體材料在能源、信息和生命科學領域顯示出令人鼓舞的應用前景。有機半導體材料的研究涉及到理論計算，材料合成，物理與化學性質和光電器件等許多方面。材料的合成為材料的性質和半導體器件研究提供了物質基礎。追溯有機電子學發展的歷史，許多器件性能上的突破是源于高性能新材料的引入。新的構筑單元和新的合成方法不斷地為這一領域注入活力，成為創新的源泉之一。

基于噻唑并噻唑類的P型聚合物，目前其應用在場效應晶體管中的空穴遷移率普遍不高。無論取代基是烷基鏈的(不同取代位置)，還是沒有取代基的。根據其聚合單體的單晶的分析，我們可知該類分子的晶體堆積方式全部為人字形排列，相鄰分子間的距離遠只具有少部分π-π重疊。此種堆積方式嚴重阻礙電荷的遷移，因此性能很差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含噻唑并噻唑單元的聚合物、制備方法及其用途。本案通過將氨基甲酸酯側鏈引入到共軛骨架中，根據單晶的分析，堆積方式由人字型堆積轉變成更有利于電荷遷移的階梯狀堆積，從而大大改善了電荷的遷移路線，使得其性能有26倍的提升。

為了實現上述目的，本發明提出了一種含噻唑并噻唑單元的聚合物，所述聚合物PCTZ-T具有如下結構式：

其中，n為大于等于1的正整數。

在本發明所述的技術方案中，披露合成了2,5-雙(3-((2-乙基己基)噻吩-2-基)噻唑并[5，4-d]噻唑(CTZ)的結構，該新構筑的單元與過去的雙噻吩噻唑并噻唑(TTZ)的不同在于，CTZ在噻吩的3位上引入了胺基甲酸酯基團，胺基上的氫原子能夠同噻唑環上的氮原子形成分子內氫鍵，由此獲得了CTZ的單晶結構，并且和一些已知的雙噻吩噻唑并噻唑(TTZ)單晶結構進行了對比，本案的CTZ的晶體中分子排列呈層狀結構，相鄰分子具有一維π-π重疊。因此，該CTZ分子具有非常好的性能。

需要說明的是，本案發明人將氨基甲酸酯側鏈引入到共軛骨架中，根據單晶的分析，堆積方式由人字型堆積轉變成更有利于電荷遷移的階梯狀堆積。大大改善了電荷的遷移路線，使得其性能有26倍的提升。