芳酰亚胺共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用技术

本发明专利技术涉及芳酰亚胺共轭聚合物、其制备方法及其在有机光电子器件中的应用，其中聚合物包含一种或多种符合下式I的重复单元R1：-L-D-U-D-。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于芳酰亚胺衍生物的聚合物及其作为电子传输材料在有机光电子器件如有机场效应晶体管和聚合物太阳能电池中的应用。
技术介绍
当今世界进入信息化时代，信息技术已渗透到国防、工业、农业和人们日常生活的每一个角落。可以说，信息技术是关系着国家安全、国民经济和人民生活水平的关键高科技之一。在这场信息技术革命的浪潮中，有机信息材料与器件的探索与研究已成为当前国际上十分活跃的领域。目前用有机材料制备的器件已实现了信息的获取、转换、处理及输出。近10年来在有机信息材料与器件的研究中，有机/高分子光电子材料与器件(如发光二极管、场效应晶体管和太阳能电池等)，特别是有机聚合物发光材料与器件的研究异军突起，最有可能得到大规模应用。尽管各种器件的工作原理不同，但载流子传输是一个普遍、基本和关键的物理过程。到目前为止，有机/高分子光电子器件发展的关键问题是高效率和长寿命，其中有机半导体材料的低迁移率是解决这些关键问题的瓶颈。绝大部分有机材料的载流子迁移率低于0. Olcm2V-1S'虽然并五苯和红荧烯等单晶材料的迁移率很高(> IOcm2V-1S-1),但这些单晶在实际应用中仍然面临很多问题，如成本和稳定性。([1]H. Sirringhaus, T. Ka wase, R. H. Friend, T. Shimoda, M.1nbasekaran, ff. Wu, E. P. Woo,“High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits，，，Science,2000, 290, 2123. [2]B. Crone, A. Dodabalapur, Y. -Y. Lin, R. ff. Filas, Z. Bao, A. LaDuca,R.Sarpeshkar, H. E. Katz, W. Li, “Large-scale complementary integrated circuitsbased on organic transistors”，Nature,2000,403,521. [3]M. Muccini,“A brightfuture for organic f ield-effect transistors，，，Nature Mater. , 2006, 5,605. [4]A. R. Murphy,J. M. J. FrechetZiOrganic semiconducting oligomers for use in thin filmtransistors”，Chem. Rev. ,2007,107,1066.)。n-型有机半导体材料对构筑p_n结二极管、双极性晶体管和互补CMOS电路非常重要。然而，n共轭有机分子大多是富电子型，因此是P-型。而n-型有机材料相对较少，高电子迁移率的n-型有机材料更加缺乏。常用的电子传输材料有八羟基喹啉铝(Alq3)、富勒烯(C6tl)、茈酰亚胺和氰基苯撑乙烯(CN-PPV)等。绝大部分n-型有机半导体材料的迁移率低于KT4CmW1。电子迁移率最高的n-型有机分子要数富勒烯C6tl和茈酰亚胺单晶(> Icm2V-1S-1)。但是它们的弱点是对水氧敏感，因此器件在空气中稳定性差。而且这些单晶在实际应用中同样面临成本和稳定性的问题。([5]H. E. Katz, A. J. Lovinger,J.Johnson, C.Kloc, T. Siegrist, ff.Li, Y.-Y.Lin, A. Dodabalapur, “A soluble andair-stable organic semiconductor with high electron mobility，，,Nature,2000,404,478. [6]C. R. Newman, C. D. Frisbie, D. A. da Silva, J. L. Bredas, P. C. Ewbank, K. R. Mann,“Introduction to organic thin film transistors and design of n-channelorganic semiconductors，，，Chem. Mater. , 2004,16,4436. [7] J. Zaumseil, H. Sirringhaus,“Electron and ambipolar transport in organic field-effect transistors，，，Chem.Rev.,2007,107，1296.)为了真正实现有机材料在器件应用中的优点如易加工和低成本，就必须采用溶液加工技术如丝网印刷和喷墨打印等。目前，溶液加工的P-型有机材料迁移率最高可达>Icm2V-1S'而溶液加工的n-型有机材料迁移率最高< Icm2V-1S'溶液加工的n_型有机材料仍然面临电子迁移率低和对水氧敏感等问题([8]L. L. Chua, J. Zaumseil, J. F. Chang,E. C. ff. 0u, P. K. H. Ho, H. Sirringhaus, R. H. Friend, “General observation of n-typef ield-effect behavior in organic semiconductors，，，Nature, 2005, 434,194. [9]Y. G. Wen, Y. Q. Liu, Adv. Mater.，2010，22，1331.)。茈酰亚胺和萘酰亚胺是一类缺电子的稠环化合物，分子间的相互作用较强，具有低的LUMO能级，文献报道其小分子单晶电子迁移率超过Icm2V-1S-1,真空镀膜制备的器件电子迁移率超过0.1cm2V4s'而溶液加工方法制备的器件电子迁移率普遍低于0. Olcm2V4s'我们率先报道了茈酰亚胺共轭聚合物的合成及在有机场效应晶体管中的应用，发现茈酰亚胺聚合物展示高电子迁移率(超过0. Olcm2V-1S-1)。随后Facchetti等人报道了萘酰亚胺共轭聚合物也展示高电子迁移率(超过0.1cm2VH ([10]X. ff. Zhan,Z. A. Tan,B. Domercq,Z. S. An, X. Zhang, S. Barlow, Y. F. Li, D. B. Zhu, B. Kippelen, S. R. Marder, J. Am. Chem. Soc.,2007,129, 7246. [11]H. Yan, Z. H. Chen, Y. Zheng, C. Newman, J. R. Quinn, F. Dotz, M. Kastler,A. Facchetti, Nature,2009,457,679. [12] J. E. Anthony, A. Facchetti, M. Heeney,S.R. Marder, X. ff. Zhan, Adv. Mater. , 2010，22，3876.)。本专利技术专利技术者从分子工程学的角度来优化芳酰亚胺聚合物，如改变共聚单元性质(中性、给电子和缺电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含一种或多种符合通式I的重复单元R1的聚合物：?L?D?U?D?式I其中：U是由3至5个选自5?元环、6?元环、7?元环及其混合物的环组成的多环部分，所述多环部分的环中的各个与所述多环部分的至少一个其他的环稠合，所述多环部分的至少一个环包含至少一个形成电子?接受基团Z的部分的原子，所述多环部分任选被一种或多种增溶基Y′取代，D，独立地选自，在各自情况下，不存在、CH＝CH、C≡C和其混合物；L是通式II二价基团是多环烃部分，其由2到20稠合的苯环组成，其任选由一种或多种单价吸电子基X′取代；Y，在各自情况下，独立地选自氢原子、单价增溶基Y′和其混合物；除下述情况外：聚合物，其包括选自下述通式I’的重复单元、通式I”重复单元及其混合物的重复单元R1*，作为唯一的通式I重复单元R1：其中，Y如先前的定义。FSA00000609131200011.tif,FSA00000609131200012.tif,FSA00000609131200021.tif

【技术特征摘要】
1.包含一种或多种符合通式I的重复单元Rl的聚合物-L-D-U-D- 式I 其中 U是由3至5个选自5-元环、6-元环、7-元环及其混合物的环组成的多环部分，所述多环部分的环中的各个与所述多环部分的至少一个其他的环稠合，所述多环部分的至少一个环包含至少一个形成电子-接受基团Z的部分的原子，所述多环部分任选被一种或多种增溶基V取代， D，独立地选自，在各自情况下，不存在、CH = CH, C = C和其混合物； L是通式II 二价基团2.根据权利要求1的聚合物，其不含重复单元R1*。3.根据权利要求1或2的聚合物，不包括一种聚合物，其包括下述通式重复单元R1**，作为唯一的通式I重复单元Rl-L-D-U ' -D-式I”， 其中L和D如权利要求1中的定义， U”’是由3至5个选自5-元环、6-元环、7-元环及其混合物的环组成的多环部分，所述多环部分的环中的各个与所述多环部分的至少一个其他的环稠合，所述多环部分的至少一个环是呋喃环4.根据权利要求3的聚合物，其不含重复单元R1**。5.根据上述权利要求任一项的聚合物，其中D是C= C。6.根据上述权利要求1-4任一项的聚合物，其中D不存在。7.根据权利要求6的聚合物，不包括一种聚合物，其包括下述通式I”’重复单元R1***，作为唯一的通式I重复单元Rl -L-U- 式 I”，， 其中 L如权利要求1中的定义， U””是选自下述的多环部分8.根据权利要求7的聚合物，其不含重复单元R1***。9.根据上述权利要求任一项的聚合物，其中 选自萘、茈、蔻和其混合物，并任选由一种或多种单价吸电子基X’取代。10.根据上述权利要求任一项的聚合物，其中L选自通式III二价基团、通式IV二价基团、通式V 二价基团、通式VI 二价基团及其混合物。11.根据权利要求10聚合物，其中L是通式III 二价基团，其中m = 0，如通式VII 二价基团12.根据权利要求10的聚合物，其中L是包含至少一个通式IV二价基团及至少一个通式V 二价基团的混合物，其中m' =1，其中!!1 =0，如基本上由通式VIII 二价基团、通式IX 二价基团组成的混合物，进一步任选包含通式X 二价基团和/或通式XI 二价基团的二价基团13.根据上述权利要求中任一项的聚合物，其中所述单价的吸电子基Γ彼此独立地选自氰基、C1-C60酰基、齒素、C1-C6tl全齒二价碳基、C1-C6tl部分地齒化烃基及其混合物，其中C1-C60部分地卤化烃基具有的卤素原子与氢原子摩尔比率为至少O. 50。14.根据上述权利要求1-11中任一项的聚合物，其中所述多环烃部分没有被任何单价的吸电子基取代。15.根据上述权利要求中任一项的聚合物，其中所述单价的增溶基Y'彼此独立地选自C1-C6tl烃基、C1-C6tl部分地齒化烃基、被一种或多种C1-C6tl氧基烃基取代的苯基及其混合物，其中C1-C6tl部分地卤化烃基具有的卤素原子与氢原子摩尔比率为至少O. 50。16.根据上述权利要求任一项的聚合物，其中Y，在各自情况下，是单价的增溶基Y'，其在25°C温度下当溶于至少一种选自氯仿、氯苯及四氢呋喃的溶剂时，其与除了所述单价增溶基Γ被氢原子替代的情况下之外相同于所述聚合物的参照聚合物的溶解度相比时，增大所述聚合物的溶解度至少10%。17.根据上述权利要求任一项的聚合物，其中Y，...

【专利技术属性】
技术研发人员：占肖卫，赵鑫刚，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
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