聚合物场效应晶体管材料的结构与性能关系研究-有机化学专业论文.docx

过分析对苯撑乙烯(PPV) 体系低迁移率的原因，发展了一种全新的缺电子分子骨架BDOPV，该分子表现出了明显低于传统缺电子片段的LUMO能级 (–4.24 eV)。我们首先将其用于高迁移率PPV类材料构筑，设计合成了聚合物BDPPV。 其在空气中表现出了很高的电子迁移率，达到了1.1cm2V–1s–1。该研究结果改 变了PPV 材料仅具有较低迁移率的历史，证明了PPV 类衍生物在场效应晶体管 中的应用前景。基于BDOPV结构，我们使用噻吩作为给体合成了基于这一结构 的给受体类聚合物BDOPV-2T。该聚合物在空气下表现出了高达1.74 cm2V–1s–1的电子迁移率。在氧气掺杂条件下，该聚合物进一步表现出了高效的双极性传 输，其电子迁移率高达到1.45cm2V–1s–1，空穴迁移率达到0.47cm2V–1s–1，进 一步证明BDOPV是一个很好的聚合物场效应晶体管结构单元。此外，根据该研 究结果，我们还对氧气掺杂的原理开展了进一步的理论计算研究和机理探讨。论文的第四部分总结了博士期间关于有机微纳晶体生长机理的相关研究工 作。为了设计合成具有特定功能的微纳米结构，我们首先在超分子聚合物纳米线 的侧基引入了不同的官能团。在引入这些官能团后，单体依然保持了很好的一维 生长倾向，同时它们的发光性质发生了明显的变化。这一研究实现了对纳米线的 “正交修饰”，即引入官能团后并未对自组装性质产生明显的影响。为了进一步研 究这类有机微纳材料生长机理，我们利用动态光散射 (DLS) 技术原位监测了纳 米线的生长过程，并利用TEM和AFM进一步研究了功能化纳米线的微观排列。 我们提出了纳米线的形成过程包括成核、增长、“oriented-attachment”过程和融合 等4个过程。该研究首次将“oriented-attachment”理论应用于有机材料生长机理的 研究中，为控制有机微纳材料的生长提供了很好的设计思路。总之，本论文运用超分子化学的思想和方法，特别是通过对分子间弱相互作 用力的分析来设计合成有机光电功能材料，研究器件性能，并探索其结构和性能 的关系。此外，我们进一步利用研究得到的结构和性能的关系，设计合成新的材 料体系，并最终实现了新的材料体系的开发。关键词：共轭聚合物、有机场效应晶体管、聚合物场效应晶体管、结构与性能关 系、超分子化学、生长机理StudyontheStructure-PropertyRelationshipinPolymerField-EffectTransistorsAbstractTingLeiAdvisor:JianPeiTheresearchworkinthisdissertationismainlyfocusedonthestudyofstructure-propertyrelationshipinpolymerfield-effecttransistors(FETs).Basedontherelationshipstudy,aseriesofnovelhigh-performancepolymermaterialsarefurtherdesignedandinvestigated.Inthefirstpart,weinitializedourinvestigationonpolymerFETsthroughcarefulanalysistheinfluenceofthealkylchainontheinterchaininteractionofconjugatedpolymers.Forthefirsttime,isoindigo-basedconjugatedpolymerswereusedastheactivelayerinpolymerFETs,exhibitinghighperformanceandhighstabilityforsixmonthunderambientconditions.Inordertoinvestigatethestructure-propertyrelationshipinisoindigo-basedpolymers,wedeveloped tenisoindigo-basedpolymers andanalyzedtheirdeviceperformancesandpolymerpackingsinthinfilm.Ourstudyrevealedthatthesymmetryandbackbonecurvatureofconjugatedpolymersaffectedthepolymerpackingsandinterchaininteractions,thusleadingtosignificantinfluencesontheholemobilitiesint