一种萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种萘酰亚胺‑氟化二噻吩乙烯共轭聚合物，其结构式如式(I)所示，该聚合物具有较宽的紫外‑可见吸收光谱和良好的热学稳定性，具有较低的前沿轨道能级，有利于电子注入，可以制备较高性能的场效应晶体管。本发明专利技术的萘酰亚胺‑氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的合成路线简洁高效，聚合物分子量高，后处理简单，反应收率高，适合大规模工业合成。以本发明专利技术萘酰亚胺‑氟化二噻吩乙烯共轭聚合物半导体材料为半导体层制备的有机场效应晶体管具有很高的电子迁移率

A naphthalimide fluoride two thiophene ethylene conjugated polymer and preparation method and application thereof

The invention discloses a naphthalimide fluoride two ethylene thiophene conjugated polymer, the structure as shown in formula (I), the polymer has wide UV visible absorption spectrum and good thermal stability, with the frontier orbital energy levels are low, whichfavorselectroninjection, can FET system preparation of high performance. The synthetic route of the invention of 1,8-Naphthalimides fluoride two thiophene ethylene conjugated polymer is simple and efficient, high molecular weight, simple postprocessing, high yield, suitable for large-scale industrial synthesis. With the invention of naphthalimide fluoride two thiophene ethylene conjugated polymer semiconductor material is a semiconductor layer prepared transistor has a very high rate of electron transfer

【技术实现步骤摘要】
一种萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物及其制备方法与应用
本专利技术属于有机半导体材料
，具体涉及一种萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物及其制备方法与应用。
技术介绍
聚合物场效应晶体管是以聚合物半导体材料为载流子传输层，通过电场来控制材料导电能力的有源器件，在智能卡、传感器、电子射频标签、大屏幕显示器和集成电路等领域有着广阔的应用前景。聚合物半导体材料具有原料广泛、易合成、纯化工艺简单等优点，同时具有物理化学性质的可调控性、以及良好的柔韧性和成膜性，可用溶液法进行加工等，从而为大规模制造轻质、柔性电子器件提供了可能。因此，聚合物半导体材料及其器件研究已经成为有机电子学研究领域的热点。聚合物场效应晶体管所用半导体层活性材料可以分成p-型、n-型以及双极性聚合物半导体材料。近年来，p-型聚合物材料发展迅速，其空穴迁移率已经接近40cm2V-1s-1(Back,J.；Yu,H.；Song,I.；Kang,I.；etal.Investigationofstructure–propertyrelationshipsindiketopyrrolopyrrole-basedpolymersemiconductorsviaside-chainengineering.Chem.Mater.,2015,27,1732；Luo,C.；Kyaw,A.；Perez,L.；Patel,S.；etal.Generalstrategyforself-assemblyofhighlyorientednanocrystallinesemiconductingpolymerswithhighmobility.NanoLett.,2014,14,2764).然而，n-型和双极性聚合物材料及器件的开发虽然也取得了一定的进展，但无论是在材料的种类、数量、迁移率还是在器件的稳定性等方面都无法与p-型聚合物材料相媲美。目前只有少数的聚合物材料给出的电子迁移率大于5cm2V-1s-1，而绝大数聚合物材料的电子迁移率仍然低于1cm2V-1s-1(Chen,H.RecentAdvancesinHigh-MobilityPolymericSemiconductorMaterials.Chin.J.Org.Chem.,2016,36,460)。并且由于能级结构的原因，大多数具有高电子迁移的聚合物材料易受空气中氧气和水蒸气的影响，表现出较差的器件稳定性。但是，由于高电子迁移材料在构造双极性倒相器、p-n结、有机光伏电池、以及有机集成电路时不可或缺，因此开发具有高电子迁移率的聚合物材料及器件也成为本研究领域亟待解决的科学问题之一。研究表明，氟原子往往能够降低材料的前沿轨道能级，能够调控材料分子的共轭骨架构象，形成紧密的分子堆积，产生较强的分子间π-π作用，从而更可能取得较高的电子迁移率，所以研究者们一直致力于发展含有氟原子取代的聚合物半导体材料并构筑了相应的场效应晶体管器件(Gao,Y.；Zhang,X.J.；Tian,H.K.；Zhang,J.D.；Yan,D.H.；Geng,Y.H.；etal.HighMobilityAmbipolarDiketopyrrolopyrrole-BasedConjugatedPolymerSynthesizedViaDirectArylationPolycondensation.Adv.Mater.,2015,27,6753-6759；Park,J.；Jung,E.；Jung,W.；Jo,W.AFluorinatedPhenyleneUnitasaBuildingBlockforHigh-Performancen-TypeSemiconductingPolymer.Adv.Mater.,2013,25,2583.)鉴于以上原因，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物，该聚合物具有较宽的紫外-可见吸收光谱和良好的热学稳定性，具有较低的前沿轨道能级，有利于电子注入，可以制备较高性能的场效应晶体管。本专利技术的第一目的提供一种萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物，所述的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的结构式如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，R1、R2为C1-C100的直链或支链烷烃，优选为C10-C50、C10-C30、C20-C30的直链或支链烷烃，更优选为C20-C24的直链或支链烷烃，R1与R2相同或不同，n为聚合度，n＝10-1000，优选n＝20-100，更优选为25-50，具体可为32或37。具体地，R1、R2均为2-辛基十二烷基或均为2-癸基十四烷基。本专利技术所述的式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物具有较宽的紫外-可见吸收光谱和良好的热学稳定性，具有较低的前沿轨道能级，有利于电子注入，可以制备较高性能的有机场效应晶体管。本专利技术的第二目的在于提供一种制备上述萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的方法，所述方法包括如下步骤：在惰性气体下，使式(Ⅱ)所示化合物、式(Ⅲ)所示化合物在钯催化剂以及配体作用下进行反应，得到萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物，其反应化学方程式如图1所示：式(Ⅱ)中，R3为C1-C3直链烷基，具体可为甲基。式(Ⅲ)中，R1和R2的定义同式(I)中的R1和R2的定义。上述方法中，所述钯催化剂具体可为三(二亚苄基丙酮)二钯或四(三苯基膦)钯；所述配体具体可为三(邻甲苯基)膦或三苯基膦。上述方法中，式(Ⅱ)所示化合物、式(Ⅲ)所示化合物、钯催化剂和配体的摩尔比依次为1:0.95～1.05:0.01～0.10:0.02～0.60，优选的，1.0:1.0:0.05:0.4。所述反应的反应温度可为60～150℃，具体可为110℃，反应时间可为24～96小时，具体可为72小时。进一步的，所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂具体可为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯或氯苯。本专利技术的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的合成路线简洁高效，聚合物分子量高，后处理简单，反应收率高，适合大规模工业合成。本专利技术的第三目的在于提供上述萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物在制备有机场效应晶体管中的应用。本专利技术的再一个目的是提供一种有机场效应晶体管。本专利技术所提供的有机场效应晶体管，其半导体层由式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物制成。以本专利技术萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物半导体材料为半导体层制备的有机场效应晶体管具有很高的电子迁移率(μe)和开关比(μe最高为3.20cm2V-1s-1，开关比为103-104)，具有广阔的应用前景。采用上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术所述的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物具有较宽的紫外-可见吸收光谱和良好的热学稳定性，具有较低的前沿轨道能级，有利于电子注入，可以制备较高性能的场效应晶体管。(2)本专利技术的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的合成路线简洁高效，聚合物分子量高，后处理简单，反应收率高，适合大规模工业合成。(3)以本专利技术萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物半导体材料为半导体层制备的有机场效应晶体管具有很高的电子迁移率(μe)和开关比(μe最高为3.20cm2V-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺‑氟化二噻吩乙烯共轭聚合物：

【技术特征摘要】
1.式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物：式(Ⅰ)中，R1、R2为C1-C100的直链或支链烷烃，R1与R2相同或不同，n为聚合度，n＝10-1000。2.制备权利要求1中式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物的方法，包括如下步骤：在惰性气体下，使式(Ⅱ)所示化合物、式(Ⅲ)所示化合物在钯催化剂以及配体作用下进行反应，得到权利要求1中式(Ⅰ)所示的萘酰亚胺-氟化二噻吩乙烯共轭聚合物：式(Ⅱ)中，R3为C1-C3直链烷基；式(Ⅲ)中，R1和R2的定义同权利要求1式(I)中的R1和R2的定义。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法中，所述钯催化剂为三(二亚苄基丙酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫锋，陈智慧，魏聪源，于贵，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11