导电复合物、其制造方法以及包括其的产品技术

导电复合物、其制造方法以及包括其的产品。这里公开的组合物包括立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]；以及金属茂络合物；其中所述金属茂络合物以基于所述复合物的总重量的大于50wt％的量存在。这里还公开的一种制造薄膜的方法，包括在溶剂中溶解立体有规聚烷基噻吩或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]以形成溶液；将金属茂络合物溶解在所述溶液中；将所述溶液设置在衬底上；并且将所述衬底退火。

【技术实现步骤摘要】
导电复合物、其制造方法以及包括其的产品相关申请的交叉引用本申请为2013年12月17日递交的美国专利申请No.14/109008和2014年7月18日递交的美国申请No.14/335313的部分继续申请并且要求其优先权，其全部内容被合并引用于此。
本文涉及高度结晶的导电复合物、其制造方法以及包括其的产品。
技术介绍
导电有机聚合物和半导电有机聚合物经常被用在包含显示器的电子设备(例如，计算机、电视机等)中，以及被用在太阳能电池等中。它们以具有柔性和非柔性基板的薄膜晶体管的形式被采用在这些设备中。可溶液加工的导电或半导电有机聚合物的容易使用诸如喷墨印刷和卷对卷印刷这类方法进行制造的性质、机械挠性和适度电荷迁移率的组合具有变革电子工业的潜力。在数字电子设备中使用聚合物的一个挑战是由于许多共轭聚合物的半结晶性质而带来的电特性的内在复杂性。半导电共轭聚合物内的电子迁移率取决于链内和跨链电荷载流子的跳跃事件(hoppingevent)。例如，由于存在分子间重叠电子密度，诸如π-π叠加，电荷载流子可以在不同的链之间跳跃。因此，电荷载流子迁移率可以取决于薄膜结构的各个方面，诸如结晶度、晶体的取向、晶胞中的电子云重叠、以及聚合物的有序区域(region)之间的连接。Worle的美国专利申请2009/0001359致力于通过向聚噻吩(PT)中添加金属茂络合物来提高稳定性。然而，未被取代的聚噻吩被普遍接受为“不溶解和难加工的”。标准的聚噻吩沉积方法需要其中噻吩或并噻吩单体在阳极处被氧化聚合的电化学工艺。对于使用聚噻吩的溶液处理的研究已经采取了极端的技术，诸如AsF3/AsF5溶剂系统或可溶性聚噻吩衍生物的高温热裂开，而且在沉积之后，生成的膜可能不会再次溶解。因此，需要的是具有显示高电荷迁移率并可容易处理的导电聚合物组合物。
技术实现思路
这里公开的组合物包括立体有规(regiogular)聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]；以及金属茂络合物(metallocene)；其中所述金属茂络合物以基于所述复合物的总重量的大于50wt％的量存在。这里还公开的一种制造薄膜的方法，包括在溶剂中溶解立体有规聚烷基噻吩或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]以形成溶液；将金属茂络合物溶解在所述溶液中；将所述溶液设置在衬底上；并且将所述衬底退火。这里公开了一种组合物(composite)，包括立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]；以及金属茂络合物；其中所述金属茂络合物以基于所述组合物的总重量的大于75wt％的量存在；其中电荷迁移率比具有50wt％的二茂铁或更少且剩余部分为立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]的组合物提高3倍(factor)或更多，所述复合物的剩余部分。这里还公开了一种制造薄膜的方法，包括在溶剂中溶解立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]以形成溶液；将金属茂络合物溶解在所述溶液中；其中所述金属茂络合物以基于所述二茂铁和所述立体有规聚烷基噻吩和/或所述立体有规立体有规聚[2.5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3.2-b)噻吩]的总重量的75wt％或更多的量存在；将所述溶液设置在衬底上，并将所述衬底退火。附图说明图1(a)为由纯的聚(3-己基噻吩)以及重量比为9∶1的二茂铁和聚(3-己基噻吩)溶液制备的有代表性的有机薄膜晶体管的输出特性的图表；图1(b)为由纯的聚(3-己基噻吩)以及重量比为9∶1的二茂铁和聚(3-己基噻吩)溶液制备的有代表性的有机薄膜晶体管的转移特性的图表；图1(c)为由纯的聚(3-己基噻吩)以及重量比为9∶1的二茂铁和聚(3-己基噻吩)溶液制备的有代表性的有机薄膜晶体管的空穴迁移率的图表；图2为由聚(3-己基噻吩)/二茂铁溶液制备的有机薄膜晶体管的平均迁移率的图表；图3示出将P3HT/二茂铁溶液流延(cast)到金源电极和漏电极上而产生的膜的光显微图。基于溶解固体总重量的流延溶液二茂铁含量被显示在显微图下面；图4包含示出由(a)1，2，4-三氯代苯、(b)氯苯、(c)三氯甲烷和(d)四氢呋喃中的聚噻吩制备的晶体管的转移曲线和光显微图的图表；图5包含由过滤的聚噻吩/三氯甲烷溶液经由(a)旋转涂敷和(b)-(c)落模流延制备的晶体管的具体特性曲线和光显微图的图表。在(b)和(c)中示出的设备的迁移率为4.9×10-5cm2/V·s；图6为示出(a)由Fc：P3HT(二茂铁：聚(3-己基噻吩))为6∶4的溶液旋转涂敷并在150℃下退火3小时以及(b)由Fc：P3HT为9∶1的溶液落模流延并未退火形成的膜的x射线光电子能谱深度分布的图表；图7描述由(a)聚(3-己基噻吩)、(b)二茂铁：聚(3-己基噻吩)为3∶1的溶液旋转流延的膜的2D的切线入射x射线衍射图和(c)由P3HT/二茂铁溶液旋转流延的膜的感兴趣区域的分布；图8描述分别由100％P3HT和61.5％二茂铁/P3HT溶液制备的OTFT设备的输出(A)和转移(B)曲线；图9为显示在底栅底接触配置的薄膜晶体管中测量的P3HT/二茂铁混合物的平均迁移率的图表；图10示出在金源电极和漏电极上浇铸的P3HT/二茂铁膜的光显微图。具体实施方式本文使用的术语“和/或”被用于表达“和”以及“或”的意思。例如，“A和/或B”被解释为A、B或者A和B。过渡词“包括”包含过渡词“本质上由……组成”和“由……组成”并且可以互换为“包含”。这里公开了包括立体有规聚噻吩和金属茂络合物的导电或半导电聚噻吩组合物(以后为导电组合物)。基于导电组合物的总重量，金属茂络合物以大于50wt％的量存在于导电组合物中。在一个实施方式中，导电组合物还可以包括溶剂。在一个实施方式中，聚噻吩包括立体有规聚(烷基噻吩)(PAT)、立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩](PBTTT)、或包括上述聚噻吩中至少一个的组合。金属茂络合物可以是直或弯的金属茂络合物。示例性金属茂络合物为二茂铁、二茂钛、二茂钒、二茂锰、二茂钴等，或者包括上述金属茂络合物中至少一个的组合。在示例性实施方式中，立体有规聚(烷基噻吩)包括立体有规聚(3-己基噻吩)(P3HT)，同时立体有规聚[2，5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]包括聚[2，5-双(3-十六烷基噻吩-2-基)噻吩并(3，2-b)噻吩]。一种示例性金属茂络合物为二茂铁。这里还公开一种提高包括立体有规聚噻吩的导电组合物的电荷迁移率的方法。在示例性实施方式中，该方法包括将包括溶剂、立体有规聚噻吩和金属茂络合物的溶液混合。如上面所指出，基于组合物的总重量，金属茂络合物以大于50wt％的量存在于导电组合物中。溶液可以被选择性提纯以移除聚集或不溶性材料。然后，产生的溶液被设置在衬底上，并且溶剂被蒸发，留下包括立体有规聚噻吩和金属茂络合物的膜。不局限于理论，存在于导电组合物中的大量金属茂络合物促进立体有规聚噻吩的相位分离。相位分离的立体有规聚噻吩比没有与大于50w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包括：立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2，5‑双(3‑烷基噻吩‑2‑基)噻吩并(3，2‑b)噻吩]；以及金属茂络合物；其中所述金属茂络合物以基于所述组合物的总重量的大于50wt％的量存在。

【技术特征摘要】
2013.12.17 US 14/109,008;2014.07.18 US 14/335,3131.一种组合物，所述组合物包括：立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2,5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3,2-b)噻吩]；以及金属茂络合物；其中所述金属茂络合物以基于所述组合物的总重量的大于50wt％的量存在。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属茂络合物以基于所述组合物的总重量的大于75wt％的量存在，并且其中电荷迁移率比具有小于50wt％的所述金属茂络合物且剩余部分为立体有规聚烷基噻吩和/或立体有规聚[2,5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并(3,2-b)噻吩]的组合物增加3倍或更多。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属茂络合物具有化学式(Ⅸ)的结构：其中M为Fe、Co、V、Ti、Li、Na、K、Mg或Mn。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属茂络合物以基于所述组合物的总重量的80至98wt％的量存在。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述立体有规烷基聚噻吩具有化学式(Ⅴ)的结构：其中R为具有2至20个碳原子的烷基、具有2至20个碳的亚烷基烷氧基、化学式-(R3O)p-的聚环氧烷基、具有1至20个碳原子的烷氧基或具有7至20个碳原子的芳烷基，其中R3为C2-C6烷基并且p为1至100，并且其中n为5至10,000。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述立体有规聚烷基噻吩为聚(3-己基噻吩)。7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述立体有规聚烷基噻吩具有化学式(Ⅵ)的结构：其中R1和R2可以相同或不同并且独立地为具有2至20个碳原子的烷基、具有2至20个碳的亚烷基烷氧基、化学式-(R3O)p-的聚环氧烷基、具有1至20个碳原子的烷氧基或具有7至20个碳原子的芳烷基，其中R3为C2-C6烷基并且p为1至100，并且其中n为5至1000并且m为5至1000，并且其中n与m的比率从100:1改变至5:1以及从1:5改变至1:100。8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述立体有规聚烷基噻吩具有化学式(Ⅵ)的结构：其中R1和R2为己基或者其中R1为己基而R2为氢，以及其中n为5至1000并且m为5至1000，并且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·伊亚格坎，G·L·阿森斯，E·D·戈麦斯，B·H·史密斯，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，陶氏环球技术有限公司，宾州研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US