[发明专利]基于苯并二呋喃二酮及其衍生物的刚性共轭聚合物及其制备和应用

说明书

本发明公布了一种基于苯并二呋喃二酮及其衍生物的刚性共轭聚合物及其制备和应用。该刚性共轭聚合物由苯并二呋喃二酮类衍生物与同时含有两个靛红或其衍生物片段的芳香体系单体通过羟醛缩合反应聚合而成，制备方法价格低廉、绿色高效，苯并二呋喃二酮和芳香骨架以碳碳双键作为桥联有效降低聚合物的最低未占有轨道的能级和“能量无序”的特性，增强了载流子的链内传输、极化子离域长度和聚合物链间的相互作用，并明显提高了有机电子学材料的电子迁移率、电导率和空气稳定性，可广泛应用于有机电子学领域，包括有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机热电等领域。

技术领域

本发明涉及一类基于苯并二呋喃二酮及其衍生物的刚性共轭聚合物及其制备方法，以及作为有机半导体材料、有机热电材料的应用，属于有机功能材料领域和有机电子学领域。

背景技术

共轭聚合物的结构中包含了由离域的π电子组成的共轭体系，因而体现出了特殊的光、电、磁等方面的性质，引起了科学家们的广泛关注，成为近二十年来的研究热点。基于有机共轭分子的合成和功能化器件化研究，涉及化学、物理、电子学、材料学等多门学科，是多学科交叉的前沿领域，充满活力和机遇，也是化学未来发展的重要方向之一。

由于具有轻薄、柔性、易于修饰等特点，共轭聚合物在光电材料领域有广阔的应用前景，一系列引人注目的结果也已获得，特别是在有机太阳能电池(OPV)、有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机热电材料(OTE)等领域。有机场效应晶体管由于具有加工简便、成本低、可大面积柔性制备、易集成等特点，在电子纸、电子标签、有源矩阵驱动、传感器和存储器等应用方面的研究已经展现出了明显的优势，被认为拥有巨大的市场潜力。有机热电材料作为新一代能源转换材料与传统的无机热电材料相比，具有低成本，环境友好，重量轻，可大面积制备等优势；同时，有机热电材料的柔性特点也为制造可弯折、可穿戴的热电发电设备或者制冷设备提供了可能性。

有机场效应晶体管是一种通过电场调控有机半导体内电流的有源器件。其主要器件结构包括下述四种类型：(1)底栅极底接触(BG/BC)；(2)顶栅极底接触(TG/BC)；(3)底栅极顶接触(BG/TC)和(4)顶栅极顶接触(TG/TC)(Wang,C.；Dong,H.；Hu,W.；Liu,Y.；Zhu,D.Chem.Rev.2012,112,2208.)。有机场效晶体管主要由电极(源漏极和栅极)、介电层和有机半导体层构成。其本质上是带有可移动电荷的电容器，通过在栅极和源极/漏极之间施加电压，在半导体层和介电层界面诱导出电荷，当源漏两极之间施加一个很小的电压时，就会在沟道中形成电流。因此，可以通过调节栅极电压的大小调控界面上诱导电荷的多少，实现器件的开关，并通过源极和漏极之间的电压调控电流的大小，实现信号的放大。

有机场效应晶体管的核心部分是有机半导体层。有机半导体层按照材料传输的载流子的不同可以分为p型材料(传输空穴)，n型材料(传输电子)和双极传输材料(既可传输空穴又可以传输电子)。有机共轭聚合物由于可以通过溶液加工实现器件的大面积低成本制备，一直被高度关注。就目前的研究而言，p型聚合物材料(传输空穴)研究多、发展快，其场效应晶体管材料的迁移率已经超过5cm²V^-1s^-1。相比而言，n型聚合物材料(传输电子)则发展缓慢，迁移率比较低，其数值往往小于0.1cm²V^-1s^-1。因此发展n型聚合物材料成为当下有机电子学的研究重点。