【摘要】：由于低成本、性能優(yōu)異、可用于柔性設備等優(yōu)點,有機電子學近年來受到廣泛關注。新型共軛基元的設計與合成一直是有機電子學領域的“源頭創(chuàng)新”。本論文從新型碗狀共軛分子心環(huán)烯出發(fā),通過理性設計,開發(fā)了多類基于心環(huán)烯的有機半導體材料,并深入研究心環(huán)烯類分子共晶材料分子間電子耦合及電荷傳輸性質,主要研究內容及結論如下:(1)將兩個帶有位阻基團的手性碳原子引入酰亞胺并心環(huán)烯衍生物分子骨架,得到四種立體異構體(RS、SR、RR及SS,其中S及R代表手性碳手性),四種異構體經硅膠柱色譜分離得兩組分,一組分含一對對映異構體(SS與RR),另一組分含一對非對映異構體(SR與RS)。由于位阻基團取向不同,導致兩組分在各自單晶中排列方式完全不同,對映異構體組分呈現層狀排列而非對映異構體呈現柱狀排列。排列方式的不同直接導致分子間電子耦合方式的不同,而電子耦合方式又影響電荷傳輸性質。結合理論計算我們發(fā)現對映異構體組分更加利于空穴傳輸,而非對映異構體更加利于電子傳輸。此研究結果表明立體異構效應將直接影響分子在固態(tài)中的排列方式,從而影響電荷傳輸性能,有時甚至可調控電荷傳輸極性。(2)心環(huán)烯作為富勒烯的片段,兩者的曲率相近,兩者間易形成凹面-凸面π-π相互作用,所形成的心環(huán)烯/富勒烯復合物的性質也是相關領域的研究熱點,但將這類復合物材料應用于有機電子學還鮮有報道。因此在第一部分工作基礎上,我們將得到的非對映異構體(SR,RS)組分與富勒烯C60按1:1摩爾比進行混合生長共晶,研究共晶中的超分子作用、電子耦合及電荷傳輸性質。我們發(fā)現,由于凹面暴露出來的SR分子與富勒烯C60結合能更高,在共晶中凹面被位阻基團占據的RS分子全部轉變成另一種SR分子,且共晶表現為心環(huán)烯衍生物分子SR與富勒烯C60分子的1:1層狀堆積模式,同時心環(huán)烯衍生物分子間沿著a軸具有很強的π-π相互作用,而富勒烯C60在ac平面上以Z字型排列,在a c軸方向具備較強分子間的π-π相互作用。理論計算證明,共晶表現出各向異性的電子耦合,即a軸方向具有較大的空穴轉移積分(來源于SR分子耦合),a和c軸方向上具有較大的電子轉移積分(來源于C60的分子間耦合)。場效應晶體管測試證實沿e軸的路徑確實利于電子遷移,電子遷移率為0.0008cm2V-1S-1。此研究成果為后續(xù)設計基于可相互轉化分子的復合物材料提供了參考,同時也進一步證實碗狀片段與富勒烯復合物可應用有機電子學中。(3)在第三部分工作中,也嘗試了兩個途徑合成基于心環(huán)烯分子的雙自由基結構,其中以四溴心環(huán)烯為原料的路徑無法得到目標產物,而經過優(yōu)化后的另一路徑經分析已經得到基于心環(huán)烯的雙自由基分子,但初步的結果表明該雙自由基分子空氣穩(wěn)定性較差,在空氣中易被氧化為心環(huán)烯二酮分子。
【圖文】：

相比于傳統(tǒng)無機半導體材料，有機半導體材料的特點有：１）種類多，來源逡逑廣，，可以通過分子設計實現對半導體性能的有效調控。２）有機半導體材料具有逡逑良好的柔韌性，可實現全柔性器件和電路，可應用于柔性屏幕等（圖１－１）。３）逡逑多數有機半導體材料易溶于常見的溶劑，可采用溶液加工的方法制備器件和電路，逡逑極大降低加工成本。然而，有機半導體要進一步發(fā)展仍然面對一些關鍵的挑戰(zhàn)：逡逑如有機半導體的低遷移率和低穩(wěn)定性等問題依舊普遍存在，結構與性能的關系仍逡逑然不明朗，對于有機半導體材料中電子傳輸基本機理的認識有限等。這些問題需逡逑要相關研究人員的持續(xù)不斷的研宄與探索。逡逑１逡逑

一A)轉移曲紛B)輸出曲編
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O649.5

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本文編號：2592524