[发明专利]乙烯双键桥连NDI基共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及乙烯双键桥连NDI基共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

相比传统无机场效应晶体管(FETs)，聚合物FETs不仅具有溶液法加工的优势，而其具有制备工艺简单、成本低廉、柔韧性好等优点。可广泛用于存储器、射频电子商标、智能卡、传感器和有源矩阵显示器等方面，将有望成为下一代有机光电子电路的关键元器件。

萘酰亚胺(简称NDI)，以其大的共平面结构、强的缺电子能力、以及化学修饰便利等优点深受科研人员的关注。最近，基于NDI单元合成了一系列的小分子和聚合物的有机半导体材料。((1)Chen,Z.H.;Zheng,Y.;Yan,H.;Facchetti,A.J. Am.Chem.Soc.2009,131,8;(2)Huang,H.;Chen,Z.H.;Ortiz,R.P.;Newman,C.;Usta,H.;Lou,S.;Youn,J.;Noh,Y. Y.;Baeg,K.J.;Chen,L.X.;Facchetti,A.J. Am.Chem.Soc.2012,134,10966.))这些材料表现出高的溶解性能，宽的光谱响应范围，搞得光和热稳定性，以及优良电荷传输能力。这类基于NDI单元构建的共轭聚合物一般具有二元的给-受体(D-A)交替结构，通常这些聚合物都是以单键相连构筑的D-A构型的聚合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种乙烯双键桥连NDI基共轭聚合物及其制备方法与应用。

本发明提供的乙烯双键桥连NDI基共轭聚合物，也即乙烯-NDI大π共聚物（简称NDI基共聚物或PNVTs），其结构通式如式I所示，

所述式I中，所述R均为碳原子总数为6-16的直链烷基或碳原子总数为8-28的支链烷基；Ar为噻吩基、呋喃基、吡咯基、噻唑基、噻二唑基、并二噻吩基、并三噻吩基或苯基；

n为20-200的整数，优选50-100的整数，更优选60。

具体的，所述式I所示聚合物的重均分子量为58.4KDa至64.1KDa，数均分子量为23.7KDa至24.3KDa，聚合物分子量分布指数为2.46-2.64。

所述R中，所述碳原子总数为8-28的支链烷基为2-乙基己基，2-丁基己基、2-己基辛基、2-辛基癸基、2-癸基十二烷基、2-癸基十四烷基或2-十二烷基十六烷基；

本发明提供的制备式I所示共聚物的方法，包括如下步骤：在四（三苯基膦）钯的催化条件下，将式M1所示单体和式M2所示单体置于溶剂中进行钯催化偶联反应，反应完毕得到所述式I所示共聚物，

所述式M1和式M2中，R和Ar的定义与前述定义完全相同。

该方法的合成路线如图1所示。

上述方法中，所述式M1所示单体与式M2所示单体的投料摩尔比为1：1-1.2，优选1：1。

所述四(三苯基膦)钯与所述式M1所示单体和所述式M2所示单体的投料摩尔比均为0.1-0.2：1：1-1.2，优选0.1：1：1。

所述溶剂选自甲苯、氯苯和四氢呋喃中的至少一种，优选甲苯。

所述反应步骤中，温度为80-130℃，具体为110℃，时间为20-60小时，具体为48小时。

上述本发明提供的式I所示共聚物在制备有机场效应晶体管中的应用及以该式I所示共聚物为有机半导体层的有机场效应晶体管，也属于本发明的保护范围。

本发明的优点在于：

1、此聚合路线具有合成成简单高效，原料供应广泛便宜，另外此聚合方法具有推广性高、重复性非常好等优点；

2、不同取代的乙烯-NDI大π共聚物具有等归的DA交替构型和刚性的大π平面结构，能够制备高迁移率的FETs器件；

3、不同取代的乙烯-NDI大π共聚物具有较低的最高占有分子轨道(HOMO)能级(大约-5.60eV)，具有很好的抗氧化能力，跟金电极匹配良好，有利于获得高的空穴迁移率的FETs器件；

4、不同取代的乙烯-NDI大π共聚物具有较低的最低未占有分子轨道(LUMO)能级(大约–3.93eV)，有利于获得高的电子迁移率的FETs器件；

5、以本发明乙烯-NDI大π共聚物为有机半导体层制备的FETTs展现出良好的双极性传输特征，最高电子和空穴迁移率分别为0.73cm²/V·s和0.12cm²/V·s，在FETs中有良好的应用前景。

附图说明