一种含N-酰基取代的共轭聚合物及其应用制造技术

本发明专利技术属于共轭聚合物以及高分子光电材料的技术领域，具体涉及一种含N‑酰基取代的共轭聚合物及其应用。该共轭聚合物包括至少1个以上的N‑酰基取代酰亚胺环、环形共轭单元组分A、共轭单元组分B，本发明专利技术的N‑酰基取代的共轭聚合物是在原有聚合物化学结构的基础上，引入一个或者多个吸电子官能团N‑酰基，具有更强的缺电子能力，使得聚合物具有更低的HOMO、LUMO能级，成为高电子迁移率的N‑型聚合物材料，可作为聚合物受体应用于聚合物太阳能电池中，能够形成高效的全聚合物太阳能电池器件，同时也可作为电子传输层、N‑型半导体等材料用于发光二极管、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池中。

A conjugated polymer containing N-acyl substitution and its application

【技术实现步骤摘要】
一种含N-酰基取代的共轭聚合物及其应用
本专利技术属于共轭聚合物以及高分子光电材料的
，具体涉及一种含N-酰基取代的共轭聚合物及其应用。
技术介绍
有机/聚合物光电材料的发展为低成本、大面积光电器件的制备提供了新的途径。20世纪70年代末，AlanJ.Heeger等(2000年诺贝尔化学奖获得者)专利技术了导电高分子，彻底颠覆了以碳原子为基础的有机材料为绝缘体的传统观念，开辟了有机/聚合物半导体电子学这一新兴科学领域，至此有机/聚合物材料的光、电、磁性质逐渐开始被人类所认识，同时基于它们的各种光电器件也引起了人们的关注。有机/聚合物半导体光电材料不仅具有金属或半导体的电子特性，而且要比金属或晶体半导体容易加工得多，在低温下加工电子材料的可能性给廉价加工电子器件带来了希望。更重要的是可溶液加工的有机/聚合物半导体材料可以作为电子“墨水”，与传统印刷技术(喷墨打印、胶印等)相结合将使电子器件的制造发生革命，同时基于有机/聚合物半导体光电材料的电子器件还可以实现一些需要特殊力学性质的应用(例如柔性器件)。由于这些特殊的优点，有机/聚合物光电材料十分适合工业化生产和推广，具有十分广大的商业化前景。自从1987年美国柯达公司邓青云研究组[Tang,C.W.；VanSlykeS.Aet.al；Appl.Phys.Lett.1987,51,913.]提出了有机小分子薄膜电致发光器件和1990年英国剑桥大学研究组R.H.Friend[Burroughes,J.H.；Bradley,D.D.C.；Friend,R.H；Holmes,A.B.et.Al；Nature1990,347,539.]提出了有机聚合物薄膜电致发光器件以来，有机平板显示技术取得巨大的进展，目前已经步入产业化阶段，成为取代液晶显示器的下一代产品。与此同时，有机太阳电池、有机场效应晶体管、有机生物以及化学传感器等有机光电领域也取得蓬勃发展。尤其近年来，由于能源消耗与日俱增以及对低碳环保的要求，煤石油天然气等传统能源储量有限，并且有污染、排放温室气体，因此以太阳能为代表的可再生洁净能源越来越被人们所重视，有机太阳薄膜电池十分火热，最近两年有机薄膜电池的效率频创新高，被业界所看好，市场化前景十分光明。在众多光电材料中，含有酰亚胺单元(化学结构如图1所示)的光电材料在有机电致发光，太阳电池，化学和生物传感器以及场效应晶体管等器件中已得到广泛的应用[GuoX.et.Al；Chem.Rev.,2014,114,8943；ChenJ.et.Al；Acc.Chem.Res.,2009,42,1709.]。当酰亚胺单元与噻吩、联噻吩、芴、苯并二噻吩等电子给体单元共聚合时，所制备的共轭聚合物，其聚合物的最低未占有分子轨道(LUMO)能级和最高占有分子轨道(HOMO)能级不够低，限制了其应用范围，如不能作为N-型半导体材料或者聚合物受体应用于场效应晶体、有机太阳电池等光电器件中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺点，在酰亚胺官能团共轭单元上引入具有强吸电子能力的N-酰基取代官能团，提供了一种含N-酰基取代的共轭聚合物及其应用，该共轭聚合物材料具有更低的电子能级结构和红移的吸收光谱，表现出N-型半导体特性、电子传输特性，作为电子受体材料用于有机太阳能电池中，同时不排除部分此类聚合物为P-型半导体材料，而可作为电子给体材料应用于太阳能电池中，太阳能电池可展现出高的开路电压。与酰亚胺相比，本专利技术的共轭骨架和共轭聚合物多一个以上N-酰基吸电子官能团，因此它具有更强的吸电子能力，更低的最低未占有分子轨道(LUMO)能级和最高占有分子轨道(HOMO)能级等一些特殊性能。综上可得，N-酰基取代的共轭骨架及其聚合物光电材料将具有良好的光电性能，是一类具有商业化应用前景的材料。本专利技术的
技术实现思路
如下：本专利技术提供了含N-酰基取代的共轭聚合物，该共轭聚合物包括至少1个以上的N-酰基取代酰亚胺环、环形共轭单元组分A、共轭单元组分B，其通用化学结构如下所示：其中，n为1～10000的自然数；x为1～10000的自然数；y为1～10000的自然数；Z为1-10的自然数；A为环形共轭单元组分；B为共轭单元组分；R1为助溶基团；所述环形共轭单元组分包括1种或2种组分，所述助溶基团包括1种或2种基团，所述共轭聚合物的化学结构包括如下四种情况：其中，n为1～10000的自然数；x为1～10000的自然数；y为1～10000的自然数；A1、A2为相同或者不同的环形共轭单元组分；B为共轭单元组分；R1、R2为相同或者不同的助溶基团；所述环形共轭单元组分A1、A2包括如下结构的一种或以上：所述共轭单元组分B包括如下结构的一种或以上：所述助溶基团R1、R2包括C1～C40的直链烷基、支链烷基、支链烷氧基或支链烷氧基；所述共轭单元组分B的一个或以上的碳原子被氯原子、氟原子、溴原子、硫原子、氧原子、氮原子、磷原子、硼原子、锗原子、硅原子、硝基、烷基、烷氧基、腈基的一种或以上取代；所述助溶基团R1、R2的一个或多个碳原子、氢原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、酯基、腈基、胺基、季铵盐基团、氧化铵、二乙醇胺、氧化吡啶、季磷盐基团、磷酸根、磷酸酯基、磺酸根、羧基、羟基中的一种或以上的官能团取代，氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子中的一种或以上的官能团取代；本专利技术还提供了一种含N-酰基取代的共轭聚合物在有机电子器件中的应用，所述有机电子器件包括有机发光二极管(OLED)、有机光伏电池(OPV)、有机发光电池(OLEEC)、有机场效应管(OFET)、有机发光场效应管、有机激光器、有机自旋电子器件、有机传感器、有机等离激元发射二极管(OrganicPlasmonEmittingDiode)以及钙钛矿太阳能电池。本专利技术的含N-酰基取代的共轭聚合物中共轭骨架具有如下结构及其衍生物：本专利技术的共轭聚合物的第一种结构中具有如下结构及其衍生物：本专利技术的共轭聚合物的第三种结构中具有如下结构及其衍生物：本专利技术的含N-酰基取代的共轭聚合物应用于有机光伏器件的结构如图11所示，由衬底、阴极、阴极界面层、光吸收层、阳极界面层、阳极或由衬底、阳极、阳极界面层、光吸收层、阴极界面层、阴极依次层叠构成，其中光吸收层受体N-酰基取代的共轭聚合物组成；所述阳极的材料优选为铝、银、金；所述阳极界面层优选为有机共轭聚合物(如聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)或无机半导体；所述阴极优选为金属、金属氧化物(如氧化铟锡导电膜(ITO)，掺杂二氧化锡(FTO)，氧化锌(ZnO)，铟镓锌氧化物(IGZO))和石墨烯及其衍生物中的至少一种；所述衬底优选为玻璃、柔性材料(如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或其他聚酯材料)、金属、合金和不锈钢薄膜中的至少一种。在有机/聚合物太阳电池器件(ITO阴极/电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含N-酰基取代的共轭聚合物，其特征在于，该共轭聚合物包括至少1个以上的N-酰基取代酰亚胺环、环形共轭单元组分A、共轭单元组分B，其通用化学结构如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种含N-酰基取代的共轭聚合物，其特征在于，该共轭聚合物包括至少1个以上的N-酰基取代酰亚胺环、环形共轭单元组分A、共轭单元组分B，其通用化学结构如下所示：

其中，n为1～10000的自然数；x为1～10000的自然数；y为1～10000的自然数；Z为1-10的自然数；A为环形共轭单元组分；B为共轭单元组分；R1为助溶基团。


2.由权利要求1所述的共轭聚合物，其特征在于，所述环形共轭单元组分包括1种或2种组分，所述助溶基团包括1种或2种基团，所述共轭聚合物的化学结构包括如下四种情况：


其中，n为1～10000的自然数；x为1～10000的自然数；y为1～10000的自然数；A1、A2为相同或者不同的环形共轭单元组分；B为共轭单元组分；R1、R2为相同或者不同的助溶基团。


3.由权利要求1或2所述的共轭聚合物，其特征在于，所述环形共轭单元组分A1、A2包括如下结构的一种或以上：





4.由权利要求1或2所述的共轭聚合物，其特征在于，所述共轭单元组分B包括如下结构的一种或以上：

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【专利技术属性】
技术研发人员：刘升建，曹智雄，蔡跃鹏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44