[发明专利]一类二羰基桥连吡咯并吡咯二酮聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及一类二羰基桥连吡咯并吡咯二酮聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

有机场效应晶体管(Organic Field-effect Transistors,简称OFETs)是以有机半导体材料为载流子传输层，通过电场来控制材料导电能力的有源器件，是基于π-共轭分子独特的结构特点以及丰富的物理化学性质而衍生的重要应用。高性能OFETs具有广阔的应用前景，它在智能卡、传感器、电子射频标签、大屏幕显示器和集成电路等领域的成功应用必然能够促进信息、能源、生命等诸多领域的技术革新，必将对经济发展以及社会进步产生深远的影响。同传统的无机材料相比，有机半导体材料具有原料广泛和合成工艺简单等优点，同时又具有物理化学性质的可调控性、以及良好的弹性和柔韧性，可用溶液法进行加工等，从而为大规模制造轻质、柔性电子器件提供了可能。正因如此，自它诞生以来就受到科研工作者和产业界的广泛关注，相关研究已经成为有机电子学研究领域的焦点之一。

有机半导体层是OFET器件的核心部分，它的性质决定着场效应器件的性能。因此设计、合成性能优良的半导体材料是有机场效应晶体管广泛应用的基础与前提。有机场效应晶体管的性能参数主要包括迁移率(μ)、开关比(I_on/I_off)和阈值电压(V_T)。其中迁移率(μ)和开关比(I_on/I_off)的数值越大，标志着器件具有较好的性能，而阈值电压(V_TH)则越接近于零伏特越好，这样器件就越能够节约能源。另外，场效应器件的制备条件的简单与否也是衡量其优良与否的重要指标。有机场效应晶体管可以通过喷涂、甩膜和印刷等溶液法工艺低成本、大面积制备。

有机场效应晶体管所用有机半导体层活性材料可以为包括有机小分子和聚合物半导体材料等。其中，聚合物半导体材料具有合成简单、成膜性好等特点，从而具有更大的应用前景。所以研究和开发高性能聚合物半导体材料已经成为本领域的热点，近年来也取得巨大的研究进展。但是，已有的聚合物场效应晶体管器件的迁移率等性能依然不能满足广泛应用的需要，所以继续发展新型聚合物材料具有十分重要的意义，同时也给我们发展具有自主知识产权的研究成果和抢占科技制高点提供了机遇。

发明内容

本发明的目的是提供一类二羰基桥连吡咯并吡咯二酮聚合物及其制备方法与应用。

本发明提供的二羰基桥连吡咯并吡咯二酮聚合物，其结构通式如式Ⅰ所示：

所述式I中，R选自C₅-C₈₀的直链或支链烷基中的任意一种；

n为5-200。

具体的，所述式I中，R选自C₁₀-C₅₀的直链或支链烷基中的任意一种，具体选自C₁₀-C₃₀的直链或支链烷基中的任意一种，更具体为2-癸基十二烷基或者4-癸基十四烷基；

n为10-100，具体为17或19。

更具体的，所述式I所示聚合物为PDTO-1(R＝2-癸基十二烷基)或PDTO-2(R＝4-癸基十四烷基)。

本发明提供的制备所述式Ⅰ所示聚合物的方法，包括如下步骤：

在钯催化剂存在的条件下，将式Ⅳ所示化合物、配体与式Ⅷ所示化合物进行Suzuki聚合反应，反应完毕得到所述式Ⅰ所示聚合物；

所述式VIII中，R的定义与所述式I中的R定义相同。

上述方法中，所述钯催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯和四(三苯基膦)钯中的至少一种；

所述配体为三(邻甲苯基)膦或三苯基膦；

所述式Ⅳ所示化合物与式Ⅷ所示化合物的投料摩尔比为1：0.95～1.05，具体为1：1；所述钯催化剂的用量为所述式Ⅳ所示化合物投料摩尔用量的1％～10％，具体为5％；

所述配体的用量为所述式IV所示化合物投料摩尔用量的10％～50％，具体为30％；

所述Suzuki聚合反应步骤中，温度为90℃～150℃，优选80℃～100℃，具体为90℃；

时间为5小时～72小时，优选24小时；

所述Suzuki聚合反应在惰性气氛中进行；所述惰性气氛具体可为氩气气氛；

所述反应在溶剂中进行；所述溶剂具体选自甲苯和氯苯中的至少一种。溶剂的用量以完全溶解反应物为准。上述制备式Ⅰ及式Ⅳ所示化合物的合成路线如图1所示。