[发明专利]基于4,4’-联吡啶的有机-无机复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料及其制备方法和应用，属于复合半导体材料和器件技术领域。

背景技术

场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)是现代微电子技术中很重要的一类器件，它是靠改变电场来影响半导体材料的导电性能的有源器件。

现有的用来做场效应管沟道材料的有关有机-无机复合材料主要选用卤化氢将脂肪族一元胺和二元胺、芳香族一元胺阳离子化，其作为平衡离子与相应阴离子形成，其稳定性较差，反应过程污染大，有关报道参见Kagan，C.R.；Mitzi，D.B.；Dimitrakopoulos，C.D.Science，1999，286，945；Sebastien Sourisseau，Nicolas Louvain，Inorg.Chem.，2007，46(15)，6148-6154。基于4，4’-联吡啶与金属卤化物形成的复合物，可能既具有金属卤化物高迁移率的特点，又具备有机物共面性好、堆积作用强的优势，因此在制备高迁移率的场效应晶体管方面具有潜在的应用价值。

目前基于4，4’-联吡啶和金属卤化物合成的有机-无机复合材料合成通常采用水热法，其目标性较差，副产物较多，产率低，可控性差，有关报道参见Guo Hong-Xu，etal.J.Struct.Chem.2010，29，181；Y.Chen，etal.CrystEngComm，2011，13，243。

发明内容

针对现有合成技术上的不足，本发明旨在提供一种基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料，本发明还提供该复合材料的制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案实现：

1、基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料

本发明的一种基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料，具有以下式Ⅰ或式Ⅱ所示的结构：

其中，R₁-R₄各自独立的为H、Br或I原子；R₅为烷基或环烷基；X为Cl、Br或I原子；M为Ge、Sn或Pb原子；y为1、2或3；z为3、6或9。

根据本发明优选的，R₁-R₄各自独立的为H原子；R5为乙基、丁基；X为I原子，M为Ge、Sn、Pb原子。

更为优选的，式Ⅰ所示的基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料是下列之一：

1，1′二丁基-4，4′-联吡啶阳离子盐(Ⅰa)

1，1′二乙基-4，4′-联吡啶阳离子盐(Ⅰb)

更为优选的，式Ⅱ所示的基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料是下列之一：

1，1′二乙基-4，4′-联吡啶六碘化二铅(Ⅱa)

1，1′二乙基-4，4′-联吡啶六碘化二锡(Ⅱb)

1，1′二丁基-4，4′-联吡啶六碘化二锗(Ⅱc)

2、基于4，4’-联吡啶的有机-无机复合材料的制备方法

本发明是在惰性气氛保护下，利用4，4’-联吡啶和卤代烷烃于有机溶剂中在加热条件下反应获得的式Ⅰ所示的复合材料，然后将上述所得复合材料继续与锗、锡、铅的卤化物反应，得到式II所示的复合材料；其具体反应路线如下：

路线一：

路线二：

路线一和路线二中，R₁-R₄各自独立的为H、Br或I原子；R₅为烷基或环烷基；X为Cl、Br或I原子；M为Ge、Sn或Pb原子；n为2或4；y为1、2或3；z为3、6或9。

本发明式Ⅰ所示的复合材料的具体制备方法如下：

(1)将有机溶剂A用蒸馏法纯化，放入试剂瓶中，在惰性气氛下保存待用；

(2)将4，4′-联吡啶溶于有机溶剂A中，得到溶液A，将溶液A过滤好待用，对密封管进行抽气，然后通氩气的操作，重复3-5次之后，将过滤好的联吡啶的溶液A快速加入密封管中，联吡啶溶液浓度是0.1-2.0mol/L，反应温度为50-80℃；

(3)在50-80℃持续加热搅拌的情况下，将化学计量比的卤代烷烃快速加入步骤(2)的密封管中，加热回流3-5h后，反应结束；

(4)将溶液过滤，所得固体提纯干燥，得到式Ⅰ所示的复合材料。

根据本发明优选的，