本技术属于有机高分子和光电材料技术领域,主要研究氧硼氮配位受体单元和n型聚合物的合成方法及其在光电领域的应用。通过希夫碱硼氮配位反应、溴化处理和偶联反应等步骤,实现了氧硼氮配位受体单元和n型聚合物的有效制备。
背景技术
共轭聚合物具有质量轻、成本低、柔韧性好以及可溶液加工等优点,在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机光伏电池及有机热点材料等各种光电器件领域受到了广泛的研究。其中,以共轭聚合物为有机半导体层制备的有机场效应晶体管在逻辑电路、柔性显示、传感器阵列以及可穿戴设备等方面具有重要应用,引起了学术界和工业界的极大关注。有机半导体层作为有机场效应晶体管的核心组成部分,根据载流子的传输类型可以分为三类:空穴传输(p-type)、双极性传输(ambipolar)以及电子传输(n-type)。近年来,p型和双极性聚合物半导体发展较快,例如,p型聚合物半导体的空穴迁移率高达30cm2
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,双极性聚合物表现出平衡的传输特性,空穴和电子迁移率均超过3cm2
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,相比之下,n型聚合物的性能仍然落后,电子迁移率(μe
)通常低于3cm2
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。而高性能的n型聚合物对于开发基于p-n结的有机电子器件(包括全聚合物太阳能电池和聚合物热电器件)、逻辑互补电路、降低器件功耗、提高信噪比以及提高抗干扰能力等方面具有重要意义,因此开发高性能n型聚合物半导体对于有机电子领域的发展至关重要。
构建高性能n型聚合物通常需要具有紧凑的分子结构和强吸电子特性的受体单元,以实现共轭聚合物的最低未占据分子轨道(LUMO)能级<-4.00eV,进而促进电子注入和空气稳定性。为了获得较深的LUMO能级,通常会在聚合物主链中引入强吸电子基团形成共聚物,这是获得高性能n型聚合物半导体材料的一个主要途径。目前,常用四类具有突出吸电子基团(EWG)的受体来修饰聚合物骨架:酰亚胺(例如:萘二酰亚胺、联噻吩酰亚胺)、酰胺(例如:异靛蓝、吡咯并吡咯二酮)、硼氮配位键以及氰基功能化的构筑单元。然而,单一类型的吸电子基团通常具有较高的LUMO能级,不利于电子的有效注入和输出。因此,如何开发强吸电子特性的受体单元来有效降低聚合物的LUMO能级,提高共轭聚合物的的电子迁移率,是目前亟需解决的重要问题。
实现思路