發(fā)布時(shí)間：2020-04-22 11:17

【摘要】：并苯類化合物作為典型的有機(jī)光電材料,因其具有高的載流子遷移率,在有機(jī)器件中有廣泛的應(yīng)用。并苯類分子在環(huán)境中的穩(wěn)定性差,在π-共軛體系中引入雜原子后改變了分子的電子結(jié)構(gòu),進(jìn)而改變分子在固體中的堆積方式。在研究中發(fā)現(xiàn):π-共軛體系分子間的非鍵相互作用對(duì)于設(shè)計(jì)和改進(jìn)分子在材料的堆積排列方式和電子傳輸性質(zhì)至關(guān)重要。分子間的相互作用影響電荷在分子間的有效傳輸,以及分子的重組能。本文以雜環(huán)化合物為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)不同梯度密度泛函(DFT)計(jì)算的分子間相互作用能(IE),篩選出合適DFT泛函和基組;同時(shí)以picene雜原子取代分子為研究對(duì)象,研究氧族原子對(duì)分子結(jié)構(gòu)、晶體堆積方式、分子間相互作用能以及分子重組能的影響,從而找出不同雜原子取代引起載流子遷移率差異的因素。文章主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下:本文第一章主要介紹有機(jī)光電材料的優(yōu)點(diǎn)、并苯類分子研究進(jìn)展,通過(guò)對(duì)并苯類分子的調(diào)研發(fā)現(xiàn),將雜原子引入孤立分子的共軛主干,可以改善分子的結(jié)構(gòu)、分子間的相互作用以及改變固體材料的載流子傳輸特性;還可以減少分子的振動(dòng)能,增加分子的穩(wěn)定性。同時(shí),介紹了有機(jī)半導(dǎo)體的性能評(píng)估參數(shù)和雜原子取代對(duì)于分子結(jié)構(gòu)、分子相互作用能、電荷傳輸性質(zhì)的影響。第二章主要介紹了計(jì)算涉及到的常用的分子間相互作用能的計(jì)算方法以及與電荷傳輸性能相關(guān)的計(jì)算方法。本文介紹了第一性方法計(jì)算分子間相互作用的優(yōu)缺點(diǎn);分子間耦合積分的計(jì)算方法;分子的內(nèi)重組能和分子外重組能常用的模型和計(jì)算方法。第三章主要以23種雜環(huán)小分子二聚體為研究對(duì)象,篩選出精確計(jì)算雜環(huán)類分子的相互作用的方法和基組。結(jié)果顯示,色散校正在準(zhǔn)確描述弱的分子間力是必不可少的。在研究中考慮的20種泛函中,對(duì)于計(jì)算IE值,meta-GGA梯度加入VV10校正泛函ωB97M-V表現(xiàn)最好;DFT加入半經(jīng)驗(yàn)色散校正可以準(zhǔn)確描述分子間的弱相互作用力,并且可以降低計(jì)算成本。通過(guò)對(duì)不同基組研究結(jié)果表明,在計(jì)算雜環(huán)化合物二聚體間弱相互作用采用cc-pVTZ基組也可以得到可靠的結(jié)果,同時(shí)可以降低計(jì)算的成本,但是,采用cc-pVTZ基組必須加入CP校正來(lái)減少基組重疊誤差。第四章主要以硫族原子取代的picene分子為研究對(duì)象,研究雜原子取代的分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)堆積排列方式、重組能以及載流子遷移率,揭示引起載流子遷移率差異可能原因。研究結(jié)果表明,雜原子取代picene雜環(huán)分子(DNE-W)引起分子結(jié)構(gòu)變化同時(shí)改變了分子在晶體中堆積形式。從分子前線軌道能級(jí)圖來(lái)看,S和Se原子摻雜后,HOMO和HOMO-1軌道近乎簡(jiǎn)并,增加了空穴傳輸?shù)臋C(jī)率。分子的間距變化,導(dǎo)致分子間的相互作用能發(fā)生相應(yīng)的變化,引起空穴轉(zhuǎn)移積分變化。而雜原子取代后分子外重組能減小,不同分子摻雜導(dǎo)致分子重組能減小程度不同,引起了載流子遷移率的變化。
【圖文】：

能改變分子的結(jié)晶性能，同時(shí)也引起分子平面剛性和分子的光電性能改變。增加逡逑分子共軛長(zhǎng)度有助于改變分子的平面剛性和分子的能隙，以及器件中電子或空穴逡逑注入的難易程度。圖１－２中列出了并四苯以及其衍生物。并苯類分子共軛環(huán)越多，逡逑共軛性越強(qiáng)，，有利于提高載流子遷移率，例如，在低溫條件下，蒽在器件中的遷逡逑移率為Ｏ．Ｃ＾ｃｎＷｉ１；而并四苯在器件中的遷移率為０．１邐而二氯取逡逑代的并四苯（ｔｅｔｍｃｅｎｅ）在器件中的遷移率為據(jù)報(bào)道紅熒烯在逡逑ＯＬＥＤ中的遷移率達(dá)到４0Ｃｍ２Ｙ、＿Ｕ９１。并五苯是有機(jī)電子材料中應(yīng)用最廣的有機(jī)逡逑半導(dǎo)體材料之一，并五苯（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）主要用于有機(jī)薄膜晶體管的制備，在微電逡逑子領(lǐng)域，并五苯是一種很有前景的有機(jī)化合物，也是工業(yè)應(yīng)用和基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。逡逑圖１－３中列出了并五苯及其衍生物的結(jié)構(gòu)。逡逑＼＿１邋／逡逑Ｒ逡逑圖１－３并五苯及其衍生物的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｎｔａｃｅｎｅ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ逡逑并五苯主要應(yīng)用于有機(jī)薄膜晶體管（ｏｒｇａｎｉｃ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）制備中，目前，逡逑在室溫下，通過(guò)利用其單晶來(lái)制備的器件最大電子遷移率可以達(dá)到３５邋ｃｎ＾Ｖ＋ｓ＇逡逑而同樣在室溫下，純單晶制備ＦＥＴ中載流子遷移率為２．２邐２００７年，逡逑Ｏａｎａ邋Ｄ．邋Ｊｕｒｃｈｅｓｃｕ等報(bào)道了并五苯在ＦＥＴ中遷移率可以在１５－４０邋ｃｉｔ＾Ｖ＋ｓ＇１范圍內(nèi)逡逑變化１１１］。開(kāi)發(fā)的Ｎ型有機(jī)半導(dǎo)體的主要設(shè)計(jì)策略是實(shí)現(xiàn)一個(gè)低的空分子軌道逡逑（ＬＵＭＯ）的能量水平

能改變分子的結(jié)晶性能，同時(shí)也引起分子平面剛性和分子的光電性能改變。增加逡逑分子共軛長(zhǎng)度有助于改變分子的平面剛性和分子的能隙，以及器件中電子或空穴逡逑注入的難易程度。圖１－２中列出了并四苯以及其衍生物。并苯類分子共軛環(huán)越多，逡逑共軛性越強(qiáng)，有利于提高載流子遷移率，例如，在低溫條件下，蒽在器件中的遷逡逑移率為Ｏ．Ｃ＾ｃｎＷｉ１；而并四苯在器件中的遷移率為０．１邐而二氯取逡逑代的并四苯（ｔｅｔｍｃｅｎｅ）在器件中的遷移率為據(jù)報(bào)道紅熒烯在逡逑ＯＬＥＤ中的遷移率達(dá)到４0Ｃｍ２Ｙ、＿Ｕ９１。并五苯是有機(jī)電子材料中應(yīng)用最廣的有機(jī)逡逑半導(dǎo)體材料之一，并五苯（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）主要用于有機(jī)薄膜晶體管的制備，在微電逡逑子領(lǐng)域，并五苯是一種很有前景的有機(jī)化合物，也是工業(yè)應(yīng)用和基礎(chǔ)研究的熱點(diǎn)。逡逑圖１－３中列出了并五苯及其衍生物的結(jié)構(gòu)。逡逑＼＿１邋／逡逑Ｒ逡逑圖１－３并五苯及其衍生物的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｎｔａｃｅｎｅ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ逡逑并五苯主要應(yīng)用于有機(jī)薄膜晶體管（ｏｒｇａｎｉｃ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）制備中，目前，逡逑在室溫下，通過(guò)利用其單晶來(lái)制備的器件最大電子遷移率可以達(dá)到３５邋ｃｎ＾Ｖ＋ｓ＇逡逑而同樣在室溫下，純單晶制備ＦＥＴ中載流子遷移率為２．２邐２００７年，逡逑Ｏａｎａ邋Ｄ．邋Ｊｕｒｃｈｅｓｃｕ等報(bào)道了并五苯在ＦＥＴ中遷移率可以在１５－４０邋ｃｉｔ＾Ｖ＋ｓ＇１范圍內(nèi)逡逑變化１１１］。開(kāi)發(fā)的Ｎ型有機(jī)半導(dǎo)體的主要設(shè)計(jì)策略是實(shí)現(xiàn)一個(gè)低的空分子軌道逡逑（ＬＵＭＯ）的能量水平
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O641.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636463