【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机半导体材料，具体涉及一类双噻吩氮杂异靛蓝聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用。
技术介绍
1、有机场效应晶体管(organic field-effect transistors,简称ofets)是一类新型电子器件，其与传统的无机场效应晶体管的主要区别在于ofets采用了有机半导体材料作为活性层。与硅基等半导体材料相比，有机半导体材料具有如下优点，1)其基础骨架为c-h结构，可通过对骨架分子结构的调控与修饰来调节材料的光电性能，以满足不同的器件需求；2)有机半导体材料具有本征柔性的优点，优异的可拉伸性、可弯折性使其在柔性可穿戴设备、柔性显示器件等领域有广泛的应用前景；3)有机材料的溶解性较好，因此可通过溶液加工的方法进行大面积制备，如印刷、喷墨打印、棒涂等，加工工艺及制造成本相较于无机材料大幅下降。因此，基于有机半导体材料的ofets备受国内外科研机构与高科技企业的关注，是近些年来有机电子学领域的研究重点与热点之一。
2、ofets器件包括源漏电极、介电层、有机活性层和栅电极等组成部分。根据有机半导体材料与器件结构或工艺的不同，ofets的器件性能会随之变化。ofets的几个重要性能参数为迁移率(μ)、开关比(ion/ioff)和阈值电压(vt)。其中ofets的迁移率越高则器件的响应速度越快，功耗越小，开关比越高则表明器件具有更好的数字逻辑功能以及更高的设备可靠性与稳定性，阈值电压越低则器件会有更高的响应速度和更好的兼容性。有机半导体材料又可分为有机小分子和聚合物两种半导体材料，其中聚合物半
3、随着越来越多研究者的加入，聚合物基ofets在实验室中已经取得了巨大的研究成果，这预示着其在未来电子器件市场，尤其是柔性电子器件市场中的巨大潜力和机遇。然而，为了满足实际应用，其在高性能、稳定性等方面仍面临着许多挑战。为了解决上述问题，还需要不断地开发新的聚合物半导体材料以及对器件结构和制造工艺进行优化，此外对聚合物半导体的理论研究也应该更加深入。因此继续开发新型聚合物材料具有十分重要的理论意义和经济价值，它不但能够促进本领域的快速发展，推动其实现商业化应用，也有助于我们发展具有自主知识产权的科研成果，为我们占领新兴科技高地提供机遇。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一类双噻吩氮杂异靛蓝聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用。本专利技术的聚合物具有好的热稳定性，宽的近红外吸收，合适的前线轨道能级，所制备的ofets具有优异的空穴传输性能。
2、本专利技术所提供的双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，其结构通式如式(ⅰ)所示：
3、
4、式(ⅰ)中，r1和r2各自独立地选自c5-c80(如c10-c60、c20-c50、c20-c30)的直链或支链烷基中的任意一种；π1和π2各自独立地选自下述结构中任意一种：
5、
6、式(1)-式(13)中的*表示连接位点；
7、式(ⅰ)中n表示聚合度，为5-1000。
8、更具体的，式(ⅰ)中，r1和r2分别为2-癸基十四烷基和4-癸基十四烷基，π1为式(1)、式(2)或式(8)，π2为式(8)。
9、本专利技术还提供了上述式(ⅰ)所示聚合物的合成方法，包括如下步骤：
10、(1a)在惰性气氛中，将式(ⅱ)所示化合物在钯催化剂和氧化剂的作用下进行自偶联反应，得到式(ⅲ)所示化合物；
11、
12、(2a)在惰性气氛中，将式(ⅲ)所示化合物与式(ⅴ)所示化合物进行羟醛缩合反应，得到式(ⅵ)所示化合物；
13、
14、(3a)在惰性气氛中，将式(ⅵ)所示化合物与式(ⅹ)所示化合物在钯催化剂作用下反应，即可得到式(ⅰ)所示聚合物，其中，π1为式(1)，π2为式(8)；
15、
16、或，
17、(1b)在惰性气氛中，将式(ⅱ)所示化合物与溴代试剂反应，得到式(ⅳ)所示化合物；
18、
19、(2b)在惰性气氛中，将式(ⅳ)所示化合物与式(ⅶ)所示化合物经过钯催化剂催化的偶联反应，得到式(ⅷ)所示化合物；
20、
21、(3b)在惰性气氛中，将式(ⅷ)所示化合物与式(ⅴ)所示化合物进行羟醛缩合反应，得到式(ⅸ)所示化合物；
22、
23、(4b)在惰性气氛中，将式(ⅸ)所示化合物与式(ⅹ)所示化合物在钯催化剂作用下反应，即可得到式(ⅰ)所示聚合物，其中，π1为式(2)，π2为式(8)；
24、或
25、(1c)在惰性气氛中，将式(ⅳ)所示化合物与式(ⅹ)所示化合物经过钯催化剂催化的偶联反应，得到式(ⅺ)所示化合物；
26、
27、(2c)在惰性气氛中，将式(ⅺ)所示化合物与式(ⅴ)所示化合物经过羟醛缩合反应，得到式(ⅻ)所示化合物；
28、
29、(3c)在惰性气氛中，将式(ⅻ)所示化合物与式(ⅹ)所示化合物在钯催化剂作用下反应，即可得到式(ⅰ)所示聚合物，其中，π1为式(8)，π2为式(8)。
30、其中，
31、上述制备方法步骤(1a)中，所述钯催化剂可为三(二亚苄基丙酮)二钯，醋酸钯，[1,1′-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯中的一种，具体可为醋酸钯，
32、所述氧化剂具体可为氟化银，
33、所述催化剂和氧化剂与化合物(ⅱ)的投料比分别可为0.03-0.2倍和0.5-3倍，具体可分别为0.1倍和2倍；
34、所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂可为二甲基亚砜，n,n-二甲基甲酰胺，甲苯，1，4-二氧六环中的一种或混合使用，具体可为二甲基亚砜和1，4-二氧六环以1：1体积比搭配；
35、所述自偶联反应的温度可为60-120℃，具体可为90℃；时间可为12-48小时，具体可为24小时。
36、上述制备方法步骤(2a)中，式(ⅲ)所示化合物与式(ⅴ)所示化合物的投料比可为1：2-1：3，具体可为1：2.2；
37、所述羟醛缩合反应在催化剂存在下进行，所述催化剂可为对甲苯磺酸，与化合物(ⅲ)的投料比可为0.1：1-1：1，具体可为0.5：1。
38、所述羟醛缩合反应在溶剂中进行，所述溶剂可为甲苯，三氯甲烷，1，4-二氧六环中的一种，具体可为甲苯。
39、所述羟醛缩合反应的温度可为60-120℃，具体可为100℃；时间可为3-24小时，具体可为12小时。
40、上述制备方法步骤(3a)中，式(ⅵ)所示化合物与式(ⅹ)所示化合物的投料比为1：1；
41、所述钯催化剂可为四(三苯基膦)钯，三(二亚苄基丙酮)二钯/三(邻甲苯基)膦，三(二亚苄基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物：
2.根据权利要求1所述的式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，其特征在于，R1和R2各自独立地选自C10-C60的直链或支链烷基中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，其特征在于，R1和R2分别为2-癸基十四烷基和4-癸基十四烷基；Π1为式(1)、式(2)或式(8)；Π2为式(8)。
4.权利要求1-3中任一项所述的式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物作为有机半导体材料的应用。
5.一种有机场效应晶体管，其特征在于，所述有机场效应晶体管的有机半导体活性层由权利要求1-3中任一项所述的式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物制成。
6.根据权利要求5所述的有机场效应晶体管，其特征在于，所述有机半导体活性层的制备方法为溶液旋涂式(Ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，并进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的有机场效应晶体管，其特征在于，所述旋涂溶液中溶剂为氯苯，二氯苯，四氢化萘，氯萘中的一种；退火温度为100-200℃；退火时间为5-60分钟。>
8.根据权利要求6所述的有机场效应晶体管，其特征在于，所制备的聚合物薄膜厚度为10-100nm。
...【技术特征摘要】
1.式(ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物：
2.根据权利要求1所述的式(ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，其特征在于，r1和r2各自独立地选自c10-c60的直链或支链烷基中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的式(ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物，其特征在于，r1和r2分别为2-癸基十四烷基和4-癸基十四烷基；π1为式(1)、式(2)或式(8)；π2为式(8)。
4.权利要求1-3中任一项所述的式(ⅰ)所示双噻吩氮杂异靛蓝聚合物作为有机半导体材料的应用。
5.一种有机场效应晶体管，其特征在于，所述有机...
【专利技术属性】
技术研发人员：于贵，韦旭扬，车前，张卫锋，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。