【摘要】：苯并噻吩類衍生物是一類典型的具有較好場效應(yīng)性能的有機(jī)半導(dǎo)體材料。通常這類材料分子在其晶體中的堆積方式有利于載流子的傳輸,且噻吩結(jié)構(gòu)單元中的硫原子會在相鄰分子間產(chǎn)生多種作用力,有利于分子間軌道的重疊,因此受到人們的廣泛關(guān)注。根據(jù)高性能的并五苯和高穩(wěn)定性的并五噻吩之間的分子結(jié)構(gòu)的不同,研究者設(shè)計合成了多種結(jié)構(gòu)的苯并噻吩類衍生物,但很少涉及到母核結(jié)構(gòu)的變化,尤其是S原子位置異構(gòu)對其OFETs性能影響的研究還缺乏系統(tǒng)性。本論文針對五元稠合苯并噻吩衍生物的母核結(jié)構(gòu),設(shè)計合成了S原子位置不同的七種非對稱的苯并四噻吩同分異構(gòu)體,并對其OFETs性能展開研究,從分子結(jié)構(gòu)微觀變化的角度來系統(tǒng)研究S原子位置不同對其分子間作用力及其OFETs性能的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:(1)母體苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩(BDT-1)的合成路線優(yōu)化。以3,3′-二溴-2,2′-二噻吩為起始原料,通過引入TMS為助溶基團(tuán)對合成路線進(jìn)行優(yōu)化,經(jīng)DMF醛基化、McMurry偶聯(lián)及NBS溴代等一系列的反應(yīng),以64%的總產(chǎn)率成功合成7-溴-2-三甲基硅基-苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩,為后期進(jìn)行非對稱苯并四噻吩化合物的制備提供基礎(chǔ)。(2)利用苯并[1,2-b:6,5-b′]二噻吩(BDT-1)不同活性位點與單噻吩進(jìn)行碳碳偶聯(lián)(α-β、α-α、β-β偶聯(lián))形成多種偶聯(lián)產(chǎn)物,再經(jīng)硫代試劑關(guān)環(huán)及脫TMS保護(hù)基得到四種非對稱苯并四噻吩同分異構(gòu)體(TM-1、TM-2、TM-3、TM-4)。TM-1、TM-2、TM-3、TM-4的總產(chǎn)率分別為:20%、24%、27%、19%。所有中間體及目標(biāo)化合物都經(jīng)過~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS、IR等手段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的鑒定,并得到了TM-3和TM-4的單晶。同時對目標(biāo)化合物進(jìn)行了OFETs器件的性能研究,其中TM-1、TM-4的遷移率達(dá)到10~(-2)數(shù)量級,TM-2和TM-3未表現(xiàn)出場效應(yīng)性質(zhì)。結(jié)合單晶結(jié)構(gòu)、理論計算、和薄膜形貌分析,結(jié)果表明S原子位置變化對其吸收、薄膜的形貌及薄膜內(nèi)的分子排列會產(chǎn)生巨大的影響,從而直接影響其OFETs性能。(3)對苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-2)進(jìn)行不同活性位點與單噻吩進(jìn)行碳碳偶聯(lián)(α-α、α-β以及β-β碳碳偶聯(lián)),后經(jīng)硫代試劑關(guān)環(huán)及脫保護(hù)基得到三種硫原子位置不同的非對稱苯并四噻吩同分異構(gòu)體(TM-5、TM-6、TM-7),總產(chǎn)率分別為:19%、10%和32%。所有中間體及目標(biāo)化合物都經(jīng)過~1H NMR、~(13)C NMR、HRMS、IR等手段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的鑒定,并得到了TM-7的單晶。對目標(biāo)化合物TM-5進(jìn)行了理論計算、吸收、薄膜形貌和OFETs器件的性能研究,其遷移率為3.17×10~(-3) cm~-22 V~(-1) s~(-1)。
【圖文】：

七種非對稱苯并四噻吩同分異構(gòu)體的制備及其 OFETs 性能研究半導(dǎo)體層為器件的核心結(jié)構(gòu)，對載流子的傳輸起著決定作用，也稱之器件結(jié)構(gòu)的不同可分為以下四種類型：底柵底接觸、底柵頂接觸、頂頂接觸。根據(jù)柵極在器件結(jié)構(gòu)中位置的不同劃分為底柵和頂柵。而底別在于有機(jī)半導(dǎo)體層與源、漏電極的位置。先沉積源漏電極，后沉積構(gòu)稱之為底接觸，反之則是頂接觸。不同的器件結(jié)構(gòu)對性能也有一常用的是底柵頂接觸結(jié)構(gòu)。

圖 1-19 化合物 29、31、32 的分子結(jié)構(gòu)及堆積結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移積分探索人們認(rèn)為 DAcTTs 具有高遷移率的原因如下：1、均為魚骨架堆置的噻吩上的硫原子可以有效地在分子間起相互作用，硫原子上的于分子間軌道重疊，導(dǎo)致較大的分子間轉(zhuǎn)移積分，實現(xiàn)了均衡的 2D 合物 29[80-81]、31[82-85]、32[86]的遷移率最高分別為 3 cm2V-1s-1、8.3-1s-1，且它們均為二維魚骨架堆積。.4 其它混合型的有機(jī)半導(dǎo)體材料分子結(jié)構(gòu)的差異，，我們在前面介紹了很多對稱性苯并噻吩的分類，有混合結(jié)構(gòu)的特征，不能歸于其中的任何一類。為此，我們將這類對稱有機(jī)分子。這類分子也具有好的場效應(yīng)性能和穩(wěn)定性，例如：
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304.5;O626.12

【參考文獻(xiàn)】

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1 周文娟;六種并五噻吩同分異構(gòu)體的制備及其有機(jī)場效應(yīng)晶體管的性能研究[D];河南大學(xué);2018年

本文編號：2689678