基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料制造技术

本发明专利技术公开了一类新型的以吡咯并吡咯二酮和半靛族单元为受体（A1和A2），以联噻吩桥为给体（D）的A2‑D‑A1‑D‑A2型共轭小分子半导体材料。这种新型的共轭小分子半导体材料具有明确的分子结构和分子量，无批次差异，同时具有溶液加工特性，成膜性能良好。有机薄膜晶体管器件表明这种结构的半导体具有电子传输特性，同时光谱吸收覆盖可见光并延伸至近红外领域，因此是一类可溶液加工的，在有机薄膜晶体管、有机光伏以及有机热电等有机电子领域具有广阔的应用前景。

Solvable conjugated small molecular semiconductor materials based on thiophene pyrrole and pyrrolidone and semi indigo

【技术实现步骤摘要】
基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料
本专利技术涉及溶液加工的有机小分子半导体材料
，尤其涉及一种基于吡咯并吡咯二酮和半靛族单元为受体单元(A1和A2)，联噻吩为给体单元(D)的A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料。
技术介绍
近年来，有机共轭分子由于具有独特的优势引起了国内外学术界和产业界的广泛关注，使得有机共轭材料在相关光电器件，如有机发光二极管、有机光伏电池以及有机薄膜晶体管中的应用得到了快速发展，白光共轭材料的发光二极管的功率已经突破了50lm/W，有机光伏电池的能量转化效率已经超过17％，有机场效应晶体管的迁移率已经超过了无定型硅，都显示出巨大的商业化应用前景。有机共轭材料一般分为聚合物和小分子，众所周知，共轭聚合物材料具有优异的成膜性能，其目前所面临的是批次差异问题。小分子具有明确的分子结构和分子量，无批次差异问题，但是小分子的成膜性能较差。高迁移率的共轭小分子材料很多都是通过真空蒸镀的方式获得的，因此通过简单溶液加工方法，制备结构明确、无批次差异、且具有高迁移率的共轭小分子材料具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一，本专利技术涉及的A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料，以吡咯并吡咯二酮为受体单元(A1)，以联噻吩桥为给体单元(D)，半靛族单元为另一受体单元(A2)，其分子结构式如下：其中，X为CH，CF，或者N；R1为CnH2n+1烷基链，n≥1，R2为CnH2n+1烷基链，n≥1。第二，本专利技术所述的共轭小分子半导体材料，其制备方法是通过Stille，Suzuki，或者C-H活化反应制备得到，所用单体结构如下：本专利技术的优点是：本专利技术所涉及的新型共轭小分子半导体材料是利用噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族受体单元强缺电子特性和平面性好的优点，两个受体单元之间通过联噻吩桥联接，有利于保持整个共轭小分子半导体材料的平面结构，不仅使分子内/分子间具有强的相互作用，而且优异的平面性有利于分子的有序堆积，从而有望获得优异的光电性能。同时，在吡咯并吡咯二酮和半靛族单元上分别引入了烷基链，以保证分子优异的溶解性，保证共轭小分子材料的低温溶液加工性，这种新型A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料有望在有机光伏、有机薄膜晶体管，以及有机热电等有机电子领域具有应用前景。附图说明图1为新型A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料的合成示意图。图2为实施例1中小分子M1的合成路径示意图。图3为实施例2中小分子的合成路径示意图。图4为实施例3中小分子的合成路径示意图。图5为A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料的紫外光谱。图6为共轭小分子M1有机场效应晶体管器件性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术涉及的A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料的实施例做详细说明，实施例给出了材料的具体结构，合成步骤和相关实验流程，但是本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术以吡咯并吡咯二酮和半靛族为受体单元，联噻吩桥为给体单元，通过Stille，Suzuki和C-H活化反应合成，最后通过柱层析提纯，得到A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料。实施例1：合成A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料M1(如图2所示)，步骤1，合成共轭小分子半导体材料M1的单体1参照文献((Z)-(Thienylmethylene)oxindole-BasedPolymersforHighPerformanceSolarCells.Macromolecules.2016,49,2145-2152.)合成，单体2可以商业化购买，采用Stille反应合成共轭小分子半导体材料M1，在Schlenk瓶中分别加入溴化单体1(0.063g，0.162mmol)，双锡化单体2(0.06g，0.071mmol)，溶剂甲苯(10mL)，氮气置换20分钟，再加入催化剂Pd2(dba)3(3mg),配体P(o-tol)3(4mg)，在110℃反应24小时，冷却至室温，加入水，用二氯甲烷萃取，收集有机层，干燥，除去有机溶剂，通过柱层析提纯得到目标共轭小分子半导体材料60mg。实施例2：合成A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料M2(如图3所示)步骤2，合成共轭小分子半导体材料M2的单体3参照文献((Z)-(Thienylmethylene)oxindole-BasedPolymersforHighPerformanceSolarCells.Macromolecules.2016,49,2145-2152.)合成，单体2可商业化购买，采用Stille反应合成共轭小分子半导体材料M2，其它操作方法同实施例1，在Schlenk瓶中分别加入溴化单体3(0.061g，0.155mmol)，双锡化单体4(0.06g，0.071mmol)，溶剂甲苯(10mL)，氮气置换20分钟，再加入催化剂Pd2(dba)3(3mg)，配体P(o-tol)3(4mg)，在110℃反应24小时，冷却至室温，加入水，用二氯甲烷萃取，收集有机层，干燥，除去有机溶剂，通过柱层析提纯得到目标共轭小分子半导体材料65mg。实施例3：合成A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料M3(如图4所示)步骤3，合成共轭小分子半导体材料M2的单体5参照文献((Z)-(Thienylmethylene)oxindole-BasedPolymersforHighPerformanceSolarCells.Macromolecules.2016,49,2145-2152.)合成，单体6可以商业化购买，M3可以采用Stille方法合成，具体参照实施例1，这里采用Suzuki方法合成，在Schlenk瓶中分别加入溴化单体5(0.116g，283mmol)，硼酯单体6(0.1g，0.129mmol)，溶剂甲苯(10mL)，碳酸钠水溶液(2M,2mL)，氮气置换20分钟，再加入催化剂Pd2(dba)3(3mg)，配体P(o-tol)3(4mg)，快速搅拌，在110℃反应24小时，冷却至室温，加入水，用二氯甲烷萃取，收集有机层，干燥，除去有机溶剂，通过柱层析提纯得到目标共轭小分子半导体材料55mg。实施例4：其它系列A2-D-A1-D-A2型共轭小分子半导体材料的合成具体步骤同实施例1，在Schlenk瓶中，加入0.1mol的噻吩吡咯并吡咯二酮单体，2.3倍的半靛族单体，加入溶剂甲苯(15mL)，氮气置换空气，加入催化剂Pd2(dba)3和配体P(o-tol)3，110℃反应24小时，冷却至室温，加入水，用二氯甲烷萃取，收集有机层，干燥，除去有机溶剂，通过柱层析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料，其特征在于：所述的小分子材料以吡咯并吡咯二酮为受体单元(A

【技术特征摘要】
1.一种基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料，其特征在于：所述的小分子材料以吡咯并吡咯二酮为受体单元(A1)，以联噻吩桥为给体单元(D)，半靛族单元为另一受体单元(A2)，所述小分子材料结构式为：



其中，X为CH、CF、或者N；R1为CnH2n+1烷基链，n≥1，R2为CnH2n+1烷基链，n≥1。


2.根据权利要求1所述的一种基于噻吩吡咯并吡咯二酮和半靛族的可溶液加工共轭小分子半导体材料，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国兵，余豪，陈瑞坤，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34