本文關(guān)鍵詞：有機(jī)半導(dǎo)體材料中的分子結(jié)構(gòu)、堆積作用與光電性質(zhì)關(guān)系的理論研究　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在過去的幾十年中,有機(jī)π共軛小分子半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用在有機(jī)電子器件中,如有機(jī)光生伏打電池、有機(jī)發(fā)光二級管、有機(jī)場效應(yīng)晶體管以及各種類型傳感器。有機(jī)材料具有成本低,輕便柔韌,易合成易加工,應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢,受到人們極大的關(guān)注。目前的有機(jī)半導(dǎo)體材料還有很多不足之處,如載流子遷移率大大低于無機(jī)半導(dǎo)體材料,促使人們進(jìn)一步對有機(jī)材料的電子過程問題的深入研究,包括不同材料所具有不同載流子的傳輸機(jī)制等。由于有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)決定著有機(jī)材料的光電性質(zhì),因此本論文研究了幾種不同分子體系的電子結(jié)構(gòu)等性質(zhì),以及分子間弱相互作用對分子堆積構(gòu)型和材料的載流子傳輸?shù)挠绊�。目的是從微觀角度認(rèn)識材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,揭示材料的結(jié)構(gòu)本質(zhì),從而為設(shè)計和預(yù)測新型有機(jī)半導(dǎo)體材料提供基本思路和理論依據(jù)。本論文一共分為五章。第一章為緒論,簡要介紹了有機(jī)電子材料的優(yōu)勢和應(yīng)用,概述了有機(jī)載流子傳輸材料以及載流子傳輸機(jī)理,說明了理論研究對有機(jī)半導(dǎo)體材料發(fā)展的意義。第二章為理論基礎(chǔ)與計算方法,包括幾個量子力學(xué)的基本原理和主要的量子化學(xué)計算方法。第三章到第五章是對不同體系中的分子結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)地研究和討論。具體研究內(nèi)容介紹如下:1.理論研究雙吲哚并咔唑異構(gòu)體的電子結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)我們用密度泛函理論(DFT)和含時密度泛函理論(TDDFT),對比分析了23個雙吲哚并咔唑異構(gòu)體的幾何構(gòu)型、前線分子軌道、電離勢、親和勢、重組能、吸收和熒光發(fā)射光譜。雙吲哚并咔唑異構(gòu)體的差別表現(xiàn)在兩個吡咯環(huán)的N原子連接在兩者之間的苯環(huán)的位置關(guān)系。對于分子的設(shè)計和功能材料的改進(jìn)來說,研究不同連接方式對異構(gòu)體光電性質(zhì)的影響是至關(guān)重要的。尤其是1mm、2mp和3pp的空間結(jié)構(gòu)相似,因氮原子位置不同,其光電性質(zhì)有很大差別,三者分別有利于電子傳輸、電荷平衡和空穴傳輸,并且3pp更容易被加工成為藍(lán)光發(fā)光材料。2.理論研究基于二苯乙烯基苯D-A復(fù)合物的分子堆積相互作用對電子結(jié)構(gòu)和電荷傳輸性質(zhì)的影響我們研究了五個基于二苯乙烯基苯單體分子的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),以及它們作為混合堆積D-A電荷轉(zhuǎn)移晶體體系時的分子對構(gòu)型與分子間弱相互作用,前線分子軌道和電荷轉(zhuǎn)移積分的關(guān)系。對于有機(jī)混合堆積給受體材料,電荷傳輸有利方向與堆積方向是一致的,這樣在堆積方向上的分子堆積構(gòu)型主要決定了電荷傳輸性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)由取代基的吸電子和給電子效應(yīng)導(dǎo)致的分子間靜電相互作用對分子間π堆積起主要作用,直接影響D-A共結(jié)晶復(fù)合物的分子堆積排布。D1-A1電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中證明了是很好的雙極性材料,而通過計算預(yù)測D2-A2和D2-A2’電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物能夠作為n型有機(jī)半導(dǎo)體材料,并且它們也可以通過改變晶體生成條件成為與D1-A1復(fù)合物類似的雙極性材料。3.Corannulene(碗烯)和Sumanene(葵烯)衍生物的取代基對分子聚集和電荷傳輸性質(zhì)的影響——雙體模型的理論研究我們理論研究了曲面分子碗烯和葵烯衍生物在電子結(jié)構(gòu)、分子間相互作用和電荷傳輸性質(zhì)方面的取代基效應(yīng),這有助于未來設(shè)計并制備碗烯和葵烯衍生物作為新型有機(jī)半導(dǎo)體材料。計算結(jié)果表明:S系列比C系列結(jié)晶時更容易形成規(guī)則的柱形堆積。C系列的雙體最優(yōu)構(gòu)型更容易受到取代基的影響。所有構(gòu)型下的C系列,電子遷移率明顯大于空穴遷移率;順式雙體比反式雙體更有利于電荷傳輸。研究發(fā)現(xiàn),重疊構(gòu)型的純碗烯本質(zhì)上具有較強(qiáng)的電荷傳輸性質(zhì)。引入吸電子取代基后的碗烯可以使晶體構(gòu)型調(diào)整成規(guī)則的柱形堆積,從而有效增大了實(shí)際載流子遷移率�？傮w而言,C系列更利于電子傳輸;S系列中苯基位取代利于空穴傳輸,而芐基位取代更利于電子傳輸或雙極傳輸。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.5

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本文編號：1308442