本发明专利技术公开了一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物及其合成方法，是通过引入长度可调的长直杂化硅氧烷基链作为侧链，得到一系列高溶解性的高性能异靛蓝基共轭聚合物。本发明专利技术设计合成的新型高性能半导体共轭聚合物可作为空穴型电荷传输材料，应用于有机场效应晶体管中；本发明专利技术的半导体共轭聚合物具有极好的溶解性，可以溶解在氯仿、甲苯、正己烷以及乙酸乙酯等溶剂中，对于设计合成可用非氯溶剂加工的高性能半导体共轭聚合物具有重要的指导意义。
A High-performance Semiconductor Conjugated Polymer with High Solubility and Its Synthesis Method
The invention discloses a high-solubility and high-performance semiconductor conjugated polymer and a synthesis method thereof. A series of high-solubility and high-performance isoindigo-based conjugated polymers are obtained by introducing a long and straight hybrid siloxane alkyl chain with adjustable length as a side chain. The novel high-performance semiconductor conjugated polymer designed and synthesized by the invention can be used as a hole-type charge transfer material in organic field effect transistors; the semiconductor conjugated polymer of the invention has excellent solubility, can be dissolved in chloroform, toluene, n-hexane and ethyl acetate, etc., and can be processed in non-chlorine solvents for designing and synthesizing high-performance semiconductor conjugates. Polymers have important guiding significance.
【技术实现步骤摘要】
一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物及其合成方法
本专利技术属于共轭聚合物领域，具体涉及一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物及其合成方法。
技术介绍
共轭聚合物由于具有质量轻、成本低和柔韧性好等优点，有望在有机场效应晶体管中获得广泛的应用。共轭聚合物中研究最多的是给体-受体(D-A)共轭聚合物，这是由于D-A共轭聚合物的给体和受体存在的推拉相互作用增强了分子内和分子间的作用力，大大提高了电荷的传输性能。然而，大多数高性能半导体共轭聚合物的加工都会用到氯仿、氯苯等有毒溶剂，而这些溶剂的使用不仅会影响人的健康，而且会污染环境。但是，文献中报道的可用非氯溶剂加工的高性能半导体共轭聚合物非常少，主要是一些针对DPP(二吡咯并吡咯二酮)的主链工程，比如不对称结构(Adv.Mater.2016,28,943–950)和无规共聚(Adv.Funct.Mater.2015,25,4844–4850)等策略，这大大限制了可溶液加工的高性能半导体共轭聚合物的研究和应用。因此，当前急需开发可以用非氯溶剂加工的高性能半导体共轭聚合物。根据现有文献报道(J.Am.Chem.Soc.2011,133,20130–20133)(Adv.Funct.Mater.2015,25,3455–3462)，在异靛蓝基共轭聚合物中引入杂化硅氧烷侧链能有效的缩短共轭聚合物的π-π堆积距离，进而提高共轭聚合物的电学性能。因此，若在异靛蓝基共轭聚合物中引入更长的杂化硅氧烷基链作为侧链，不仅能够提高共轭聚合物的电学性能，而且可以显著改善共轭聚合物的溶解性，甚至可以使用非氯溶剂作为加工溶剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物及其合成方法，旨在通过合理设计长度可调的长直杂化硅氧烷基链作为异靛蓝的侧链，合成出一系列高溶解性的高性能异靛蓝基共轭聚合物。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术首先公开了一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物，其特征在于：所述半导体共轭聚合物的主链是由异靛蓝和联噻吩组成，侧链是长度可调的长直杂化硅氧烷基链；所述半导体共轭聚合物的结构式为：其中：m＝2～11，p＝2、6、10、14或18。本专利技术所述的半导体共轭聚合物，引入长直杂化硅氧烷基链作为侧链，通过调控侧链中直链烷基和硅氧烷基链的长度，可以调控聚合物的溶解度。本专利技术所述的半导体共轭聚合物，引入长直杂化硅氧烷基链作为侧链，通过调控侧链中直链烷基的长度，可以控制主链与硅氧烷基链的距离，促使主链紧密排列，使分子堆积更加紧密，从而提高聚合物的电荷传输性能。本专利技术进一步公开了上述高溶解性的高性能半导体共轭聚合物的合成方法，其特点在于：以异靛蓝双溴单体和联噻吩双锡单体为原料，以三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂，在三(邻甲基苯基)磷为配体的体系下，采用Stile交叉偶联反应，即获得溶解度可调节的高性能半导体共轭聚合物。进一步地，所述的交叉偶联反应的温度为90-130℃、时间为6-72h。进一步地，所述的异靛蓝双溴单体、联噻吩双锡单体、三(二亚苄基丙酮)二钯、三(邻甲基苯基)磷的用量摩尔比为1：1：0.02：0.08。本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术设计的新型半导体共轭聚合物是一种高性能的D-A共轭聚合物，聚合物以异靛蓝和联噻吩作为主链，以长直杂化硅氧烷基链作为侧链。在共轭聚合物中引入长度可调的长直杂化硅氧烷基链不仅能够提高共轭聚合物的电学性能，而且可以有效提高聚合物的溶解性，甚至可以使用非氯溶剂作为加工溶剂。2、本专利技术的高性能半导体共轭聚合物可以作为空穴型电荷传输材料应用于有机场效应晶体管中。3、本专利技术设计合成的新型高性能半导体共轭聚合物具有极好的溶解性，可以溶解在氯仿、甲苯、正己烷以及乙酸乙酯等溶剂中，对于设计合成可用非氯溶剂加工的高性能半导体共轭聚合物具有重要的指导意义。附图说明图1为基于异靛蓝双溴单体和联噻吩双锡单体的半导体共轭聚合物的合成路径示意图。图2为实施例1中异靛蓝双溴单体IID-C5-Si7的合成路径示意图。图3为实施例1中的半导体共轭聚合物PIID-C5-Si7的合成路径示意图。图4为实施例1中的半导体共轭聚合物PIID-C5-Si7在不同溶剂中的紫外光谱图。图5为实施例1中的半导体共轭聚合物PIID-C5-Si7作为有源层、用氯仿作为溶剂，通过旋涂法制备的有机场效应晶体管的输出特性曲线(a)与转移特性曲线(b)。图6为实施例1中的半导体共轭聚合物PIID-C5-Si7作为有源层、用甲苯作为溶剂，通过旋涂法制备的有机场效应晶体管的输出特性曲线(a)与转移特性曲线(b)。图7为实施例1中的半导体共轭聚合物PIID-C5-Si7作为有源层、用正己烷作为溶剂，通过旋涂法制备的有机场效应晶体管的输出特性曲线(a)与转移特性曲线(b)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，结合了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术设计的高溶解性的高性能半导体共轭聚合物具有如下结构：其中：m＝2～11，p＝2、6、10、14或18。如图1所示，本专利技术半导体共轭聚合物的合成方法为：以异靛蓝双溴单体和联噻吩双锡单体为原料，以三(二亚苄基丙酮)二钯为催化剂，在三(邻甲基苯基)磷为配体的体系下，采用Stile交叉偶联反应进行缩聚；反应完成后，用甲醇沉淀，然后索氏提取，即得到目标聚合物。实施例1、合成聚合物PIID-C5-Si7如图2所示，本实施例所用异靛蓝双溴单体IID-C5-Si7的合成方法如下：在冰浴条件下，将氢气钠(7.4mmol)加入到溶有6,6'-二溴异靛蓝(3.1mmol)的无水DMF(25mL)的溶液中。20分钟后，在氮气下通过隔膜注入5-溴-1-戊烯(7.4mmol)。将混合物倒入水(200mL)中，在室温下搅拌3小时。用CH2Cl2萃取有机相，用盐水洗涤，用MgSO4干燥。将粗产物用甲醇(100mL)洗涤三次，得到深红色固体产物IID-C5。在氮气保护下将化合物IID-C5(1.8mmol)溶解在无水甲苯(20mL)中。通过无菌注射器注入十五甲基硅氢(4.4mmol)，然后加入一滴(50μL)Karstedt催化剂(二甲苯中的铂二乙烯基四甲基硅氧烷络合物，3wt％)，将混合物在50℃和氮气氛围下搅拌直至化合物IID-C5完全消耗，通过TLC监测。将溶液直接进行硅胶色谱，用乙酸乙酯/己烷(1：50-1：200)作为洗脱液，得到深红色油状物IID-C5-Si7。如图3所示，本实施例中聚合物PIID-C5-Si7的合成方法如下：在100mL反应瓶中加入0.5mmol联噻吩双锡单体和0.5mmol异靛蓝双溴单体IID-C5-Si7，再加入10mL氯苯，用氮气置换40分钟，再加入0.01mmol催化剂三(二亚苄基丙酮)二钯，以三(邻甲基苯基)磷0.04mmol为配体，于130℃反应48小时；将反应物冷却至室温，加入100mL甲醇沉淀，过滤固体，固体用丙酮索氏提取12小时，再用正己烷提取12小时，最后旋蒸液体，甲醇沉淀得到黑色聚合物PIID-C5-Si7，其具体结构如表1所示。实施例2、合成聚合物PIID-C6-Si7本实施例所用异靛蓝双溴单体IID-C6本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物，其特征在于：所述半导体共轭聚合物的主链是由异靛蓝和联噻吩组成，侧链是长度可调的长直杂化硅氧烷基链；所述半导体共轭聚合物的结构式为：
【技术特征摘要】
1.一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物，其特征在于：所述半导体共轭聚合物的主链是由异靛蓝和联噻吩组成，侧链是长度可调的长直杂化硅氧烷基链；所述半导体共轭聚合物的结构式为：其中：m＝2～11，p＝2、6、10、14或18。2.根据权利要求1所述的一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物，其特征在于：所述半导体共轭聚合物，引入长直杂化硅氧烷基链作为侧链，通过调控侧链中直链烷基和硅氧烷基链的长度，可以调控聚合物的溶解度。3.根据权利要求1所述的一种高溶解性的高性能半导体共轭聚合物，其特征在于：所述半导体共轭聚合物，引入长直杂化硅氧烷基链作为侧链，通过调控侧链中直链烷基的长度，可以控制主链与硅氧烷基链的距离，促使主链紧密排列，使分子堆积更加紧密，从而提...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱龙臻，丁亚飞，姚宏兵，王晓鸿，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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