[发明专利]一类并四苯衍生物场效应晶体管材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类稠环共轭材料，具体来说是一类并四苯衍生物场效应晶体管材料及其制备方法。 

背景技术

有机半导体材料具有结构可涉及性强、可溶液加工以及可加工在柔性衬底等优点，成为新一代电子信息材料的主体。研究开发新型高效的有机共轭半导体材料必将在电子产业产生广阔的市场前景。其中线性并苯类材料(Acenes)格外引人关注。并苯类材料在光伏电池（OPVs）和有机场效应晶体管(OFETs)中的应用广泛，在所有的OFET材料中，一维或二维稠环（1D/2D Fusedaceneorheteroacene）材料都表现出了极高的器件迁移率。例如，并五苯（Pentacene）、红荧烯（Rubrene）, 并四苯（Tetracene）衍生物及苝酰亚胺（PDI）类材料都具有极高的迁移率（已超过5 cm²/V·s）。Anthony小组得到大量有实用价值的共轭多烯类材料，这些材料主要是p-型材料，而n-型共轭多烯材料依然较少。尤其空气稳定、可溶液法控制薄膜生长的材料极少，这一领域也成为了世界范围的研究难点。

并五苯是目前研究最为广泛的一类p-型有机半导体材料，它在化学修饰的基底沉积制成的薄膜器件空穴迁移率高达1.5 cm²/V·s，但并五苯固有的缺陷使其在场效应晶体管器件的实际应用中受到制约。例如：并五苯难溶于大多数常见有机溶剂，导致并五苯几乎只可以通过物理气相沉积的方式制备OFETs器件；具有比较低的最高占有轨道(HOMO)能级，容易发生氧化或自由基反应而导致材料稳定性降低；凝聚态时呈现“鱼骨刺状”的面对边（Herringbone）排列，这种方式不利干π共轭轨道交叠，从而导致器件迁移率很难达到材料本身所能达到的极限。克服并五苯体系缺陷有许多方法，包括在并苯体系中引入长烷基链改善其溶解性，也可以在并苯体系中引入高电负性原子或强吸电子基团，降低HOMO能级，提高分子稳定性。最近，作为OFETs半导体活性层的新型含杂原子并苯类衍生物分子不断涌现，如3,4,9,10-苝酰亚胺（PTCDI）和四噻吩并蒽，向多环芳烃体系中引入硫等含空d轨道的杂原子可以通过范德华力、π轨道相互作用和S-S相互作用来增强分子间相互作用，使固态下的分子排列更加紧密，从而获得高迁移率的OFETs器件。本发明通过Sonogashira偶联和Bergman环化反应巧妙的合成了一类并四苯衍生物场效应晶体管材料，并向一维并环体系中引入适当的柔性烷基链，改善了材料的稳定性和溶解性，获得性能优异的并苯材料。而且使用的原料为芘，廉价易得，利于产业化生产。

发明内容

技术问题： 本发明的目的是开发出一类具有高迁移率、稳定性、成膜性、溶解性等优点，并且制备简便，成本低廉的并四苯衍生物场效应晶体管材料。

技术方案： 本发明的一类并四苯衍生物场效应晶体管材料的制备方法，其结构可由通式(Ⅰ)表示：

其中Ar表示芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基中的一种；R是烷基、烷氧基、烷硫基等取代基中的一种。

在式(Ⅰ)通式中，芳基或取代芳基是苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴、螺芴中的一种；杂环芳基或取代杂环芳基是吡咯、吡啶、噻吩、咔唑、硅芴、磷芴、喹啉、异喹啉、酞嗪、嘧啶、哒嗪、吡嗪、吩噻嗪、吖啶、吖啶酮、菲罗啉、吲哚、噻唑、二唑、三唑、苯并二唑或苯并噻唑中的一种；芳基或杂环芳基的取代基为卤素、烷基、烷氧基、氨基、羟基、巯基、酯基、硼酸酯基、酰基、酰胺基、氰基、芳氧基、芳香基或杂环取代基中的一种，取代芳基或取代杂环芳基的个数为单个或多个。

制备方法包括以下合成步骤：

1). Ar所代表的化合物溶于有机溶剂，在催化剂的存在下，与卤化试剂在20～100℃下进行反应，反应1h～2d，得到一类如式（1）所示的卤代Ar；

2). 将卤代Ar溶于有机溶剂，加入钯催化剂、碘化亚铜和三甲基硅乙炔，20～135℃下搅拌6 h～5 d，得到一类如式（2）所示的三甲基硅乙炔取代的Ar化合物；

3). 将三甲基硅乙炔取代的Ar化合物溶于有机溶剂，加入强碱， 50～120℃下搅拌1～48 h，得到一类如式（3）所表示的一类乙炔取代的Ar化合物；

4). 将芘溶于有机溶剂，加入氯化铝和卤代烃，在10～50℃进行傅-克烷基化反应，反应5～12 h，得到如式（4）所表示的2, 7-二烷基芘；