【摘要】：有機半導體材料(OSCs)有著廣泛潛在應用,其性能的優(yōu)劣直接決定了有機器件性能的好壞。因此從微觀理解并設(shè)計探究新型高性能有機半導體化合物具有重要的意義。本文采用密度泛函理論(DFT)并結(jié)合Marcus-Hush躍模型,對三類有機半導體材料體系進行了理論研究。1、選取了五種全氟代苯修飾寡聚噻吩單晶化合物,并計算了各個化合物電子和空穴重組能、電離能、電子親和能以及電子和空穴遷移率等性質(zhì)。結(jié)果顯示增加噻吩環(huán)有利于降低LUMO軌道能級、降低重組能。這有利于電子的注入和空氣穩(wěn)定性的提升。其中A3的空穴遷移率(μh)D為0.72cm2·V-1·s-1,而A5的電子遷移率(μe)為0.19cm2·V-1·s-1,是潛在的有機半導體材料。2、對三吡咯苯(TPB,B1)進行局部吸電子基團取代設(shè)計了八種新型分子,并通過含色散力矯正的密度泛函方法(DFT-D)模擬計算了氣態(tài)下該系列化合物平行二聚體的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并據(jù)此計算了改性化合物在二聚體間的電荷傳輸性能。結(jié)果表明氟化和氰基化導致電子親和能明顯增大,使得空氣穩(wěn)定性明顯提升。預測B1,B2和B7的μe分別高達0.433 cm2·V-1·s-1,0.198 cm2·V-1·s-1和0.279 cm2·V-1·s-1,其中B7電子和空穴傳輸能力相當。B1,B2和B7是潛在的電子傳輸型有機半導體材料。3、通過對5,6,7-三硫并五苯-13-酮(TTPO,C1)分子進行氟取代,設(shè)計了三種TTPO衍生物C2、C3和C4。并通過Materials Studio軟件中的CASTEP模塊預測該系列化合物晶體結(jié)構(gòu),并據(jù)此研究其電荷傳輸性能。結(jié)果表明：氟化降低了這一系列化合物的LUMO/HOMO能級水平,提高了電子親和能,增加其空氣穩(wěn)定性,并降低電子注入能壘。C1的電子和空穴遷移率分別高達1.01和0.62 cm2·V-1·s-1。經(jīng)氟化的C2和C3的電子遷移率分別為0.38 cm2·V-1·s-1和0.33 cm2·V-1·s-1,滿足實際應用要求。
[Abstract]:Organic semiconductor material (OSCs) has a wide range of potential applications, its performance directly determines the performance of organic devices. Therefore, it is of great significance to understand and design new high performance organic semiconductor compounds. In this paper, the density functional theory (DFT) and the Marcus-Hush model are used to study three kinds of organic semiconductor materials. 1. Five kinds of perfluorobenzene modified oligothiophene monocrystalline compounds are selected. The electron and hole recombination energy, ionization energy, electron affinity energy and electron and hole mobility were calculated. The results show that increasing thiophene ring can decrease the LUMO orbital energy level and reduce the recombination energy. This is beneficial to the injection of electrons and the improvement of air stability. The hole mobility of A3 (渭 h) D is 0.72cm2 V-1 s-1) and the electron mobility of A5 (渭 e) is 0.19cm2 V-1 s-1, which is a potential organic semiconductor material. 2, TPB,. B1) eight novel molecules were designed for the substitution of local electron-absorbing groups, and the most stable structures of parallel dimers in gaseous state were calculated by density functional method (DFT-D) with dispersion correction. The charge transport properties of the modified compounds between dimers were calculated. The results show that fluorination and cyaniding lead to the increase of electron affinity and the stability of air. The predicted 渭 e of B _ 1C _ 2 and B _ 7 are as high as 0.433 cm2 V-1 s-1G 0.198 cm2 V-1 s-1 and 0.279 cm2 V-1 s-1, respectively, in which the transport capacity of B7 electrons and holes is the same as that of B1. B2 and B7 are potential electron transport organic semiconductors. 3. Three TTPO derivatives C _ 2 C _ 3 and C _ 4 were designed by fluorine substitution of 5 ~ (6) C _ (6) -trithiobenzene-13-one (TTPO,C1) molecule. The crystal structure of the compound was predicted by CASTEP module in Materials Studio software, and its charge transport performance was studied accordingly. The results show that fluorination reduces the LUMO/HOMO level of these compounds, enhances the electron affinity and increases the air stability. The electron mobility of C1 is as high as 1.01 and 0.62 cm2 V-1 s-1, respectively. The electron mobility of fluorinated C2 and C3 are 0.38 cm2 V-1 s-1 and 0.33 cm2 V-1 s-1, respectively, which meet the requirements of practical application.
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O649.5

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本文編號：2297069