[发明专利]含硒π扩展萘四羧酸二酰亚胺化合物、制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及萘四羧酸二酰亚胺衍生物，具体地说涉及一类含硒π扩展萘四羧酸二酰亚胺化合物、其制备方法和其作为有机半导体材料在有机薄膜场效应晶体管中的应用。

背景技术

有机薄膜场效应晶体管（organic thin film transistors,简称OTFT）是通过电场来控制有机半导体材料导电能力的有源器件。OTFT具有制备工艺简单、

成本低、质量轻、柔韧性、和塑料衬底良好的兼容性等优点，其在柔性显示、有机射频电子商标（ORFID）、有机传感器等方面有着广阔的应用前景（Nature.2004,428,911-918;Science2009,326,1516-1519.;Nat.Mater.2010,9,859-864.;Adv.Mater.2010,22,3778-3798.;Science2010,327,1603-1607.Special issue:Organic Electronics and Optoelectronics,Chem.Rev.2007,107,923-1386.;Nature2013,499,458-463.）。

有机半导体材料是有机电子器件的关键组份，按其传输载流子的类型，分为p-型（空穴传输）和n-型（电子传输）两种。对于有机薄膜晶体管（OTFT），n-型有机半导体材料的发展均远落后于p-型材料：溶液成膜的p-型有机小分子和聚合物的OTFT器件迁移率分别可达31cm²V^-1s^-1和12cm²V^-1s^-1(Nature2011,475,364.;J.Am.Chem.Soc.2013,135,14896.)，而相应的n-型有机小分子和聚合物的迁移率则要低1-2个数量级，这大大限制了有机互补电路及相关器件的发展。

萘二酰亚胺（NDI）是一类典型的有机染料分子，广泛应用于超分子自组装、DNA检测、人工光合作用、有机晶体管等领域。然而，在有机晶体管领域，其较小的共轭芳环，在固体结构中难以形成有效的π-π堆积，其OTFT器件的电子迁移率较低。

最近，发明人披露了系列硫杂共轭萘二酰亚胺类n-型有机半导体材料（CN200910197611.9、CN201010207565.9），其中，N-烷基取代的双[2-(1,3-二硫-2-叶立德烯)丙二腈]稠合的萘二酰亚胺(NDI-DTYM2)类n-型有机半导体材料性能优异，其溶液法成膜的OTFT器件，电子迁移率可达0.1～3.5cm²V^-1s^-1（Chem.Mater.2011,23,1204.;J.Am.Chem.Soc.2013,135,2338.），且器件具有良好的空气稳定性和操作稳定性，是目前性能最高的可溶液加工、环境稳定的n-型有机有机半导体材料之一。然而，这些N-烷基取代的NDI-DTYM2系列n-型材料的最优性能的获得在很大程度上依赖其薄膜器件的高温退火（≥150℃），这在一定程度上限制了其在塑料衬底的柔性电子器件中的应用。

因此，本领域尚需提供一种无需依赖对半导体薄膜进行热退火处理达到优异性能的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含硒π扩展萘四羧酸二酰亚胺化合物。

本发明的又一目的还在于提供上述含硒π扩展萘四羧酸二酰亚胺化合物的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述含硒π扩展萘四羧酸二酰亚胺化合物的应用，用作低温加工工艺的高性能的n-型有机半导体材料，构筑OTFT器件和单晶场效应晶体管器件。

本发明的第一方面，提供一种萘四羧酸二酰亚胺衍生物，其结构如式I所示：

式中，A为Se或S；

R为C₁-C₃₀的直链或支链烷基、或氟代的C₂-C₁₂的直链或支链烷基。

在另一优选例中，所述萘四羧酸二酰亚胺衍生物为：

或

式中，R的定义如前所述。

在另一优选例中，R为C₅-C₃₀的直链或支链烷基或氟代的C₃-C₁₀的直链或支链烷基。