研究目的
设计和合成基于苯并双三唑(BBTa)的新型给体-受体共轭聚合物,用于有机场效应晶体管(OFETs),旨在通过提高聚合物主链的平面性和减少空间位阻来实现高电荷载流子迁移率。
研究成果
基于BBTa单元成功合成了三种新型D-A共轭聚合物并进行了表征。PBTBBTa-BT和PBTBBTa-TT分别展现出0.21和0.13 cm² V⁻¹ s⁻¹的高空穴迁移率,这归因于其平面型主链结构及热退火后增强的结晶度(DFT、AFM和GIWAXS分析证实)。PBTBBTa-TVT由于主链扭转导致迁移率较低。BBTa单元是高性能有机场效应晶体管材料的潜力构建基元,建议后续研究探索其他给体单元并进行器件优化。
研究不足
该研究仅限于三种特定供体单元(BT、TT、TVT),可能无法推广至其他供体。聚合物的分子量存在差异,可能影响性能对比。器件制备仅针对底栅/顶接触结构,未必适用于其他架构。热退火条件虽已优化,但可能不具备普适性。BBTa基团虽能提升平面性,但其作为受体的强度可能不及其他基团,从而限制LUMO能级调控。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过Stille偶联聚合反应合成了三种新型D-A共轭聚合物(PBTBBTa-BT、PBTBBTa-TT、PBTBBTa-TVT)。设计思路是以BBTa作为缺电子受体,在中心氮原子上引入烷基链以增强溶解性和平面性,并分别与不同的噻吩类给体(BT、TT、TVT)结合,研究其对性能的影响。理论模型包括采用DFT计算进行几何结构优化。
2:样品选择与数据来源:
聚合物由单体Br2BTBBTa-C8C10、Sn2BT、Sn2TT和Sn2TVT合成,制备过程如所述。数据来源包括核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、循环伏安法(CV)、原子力显微镜(AFM)和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)等表征技术。
3:Sn2BT、Sn2TT和Sn2TVT合成,制备过程如所述。数据来源包括核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、循环伏安法(CV)、原子力显微镜(AFM)和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)等表征技术。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括安捷伦Unity 400 MHz核磁共振波谱仪、东曹HLC-8321高温凝胶渗透色谱仪、TA Q200系列差示扫描量热仪、珀金埃尔默Pyris热重分析仪、惠普8453紫外-可见分光光度计、CH仪器公司611D型循环伏安仪、Veeco Innova原子力显微镜以及4156C半导体参数分析仪。材料购自Aldrich、Lancaster、TCI或Acros,包括PdCl2(PPh3)2、三(二亚苄基丙酮)二钯、三(2-甲基苯基)膦等化学品,以及氯苯等溶剂。
4:三(二亚苄基丙酮)二钯、三(2-甲基苯基)膦等化学品,以及氯苯等溶剂。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:合成过程包括多个步骤:环化溴化形成Br2BBTa,与2-辛基十二烷基溴进行双烷基化,与2-(三丁基锡基)噻吩进行Stille偶联,用N-溴代琥珀酰亚胺溴化,以及通过Stille偶联聚合反应并在催化剂作用下进行。聚合物通过索氏提取法纯化。OFET器件在经过ODTS处理的Si/SiO2基底上制备,旋涂聚合物薄膜,并真空蒸镀金电极。针对每种聚合物优化了热退火条件。
5:数据分析方法:
分子量通过GPC测定。热性能通过TGA和DSC分析。光学性能来自UV-Vis光谱。电化学性能通过CV计算HOMO/LUMO能级。OFET性能使用饱和区方程分析。微观结构通过AFM和GIWAXS分析,晶粒尺寸采用谢乐公式计算。
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