[发明专利]一种含噻唑并噻唑单元的聚合物、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种含噻唑并噻唑单元的聚合物，其具有如下所述的结构式：所述的聚合物为基于2,5‑双(3‑((2‑乙基己基)噻吩‑2‑基)噻唑并[5，4‑d]噻唑(CTZ)的聚合物。所述聚合物具有良好的溶解性，较好的热稳定性以及空气稳定性，所述聚合物失重5％的温度达284℃。载流子迁移率达到了该类型分子的最高水平，其氮气条件下，空穴迁移率达到2.3cm²V^‑1s^‑1；空气条件下，其迁移率达到1.5cm²V^‑1s^‑1。并且，该聚合物的合成处理简单高效利于大量制备。可广泛应用于有机太阳能电池、有机光电晶体管及有机场效应晶体管等领域，具有潜在的商业应用价值。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管领域，具体涉及一种噻唑并噻唑类聚合物的制备方法及用途，尤其涉及一种含有氨基甲酸酯侧链聚合物的制备方法及其应用于场效应晶体管领域。

背景技术

场效应晶体管(field effect transistor,FET)是微电子技术中最为重要的一种器件，它是通过改变外加电场来改变材料的导电能力的有源器件。20世纪80年代就出现了一些基于有机半导体材料的OFET，直到1986年Tsunura等人报道了基于聚噻吩为活性层的OFET，器件性能较好，符合人们的预期，该项工作为OFET的发展奠定了坚实的基础。有机半导体器件可以溶液加工，成卷印刷制备，在柔性电子设备的应用中较无机半导体器件具有很大优势。伴随着可再生能源和可穿戴电子设备的蓬勃发展，有机光电子学逐渐成为科学研究与技术革新的重要领域，有可能对人类文明的进步产生显著的影响。先进技术和先进材料往往是同步发展的，材料作为高科技的载体，往往是新技术的决定因素。近年来，有机半导体材料的研究取得了快速的发展，有机电致发光材料已经在显示和照明领域进入了商业化应用；共轭小分子和高分子半导体材料在能源、信息和生命科学领域显示出令人鼓舞的应用前景。有机半导体材料的研究涉及到理论计算，材料合成，物理与化学性质和光电器件等许多方面。材料的合成为材料的性质和半导体器件研究提供了物质基础。追溯有机电子学发展的历史，许多器件性能上的突破是源于高性能新材料的引入。新的构筑单元和新的合成方法不断地为这一领域注入活力，成为创新的源泉之一。

基于噻唑并噻唑类的P型聚合物，目前其应用在场效应晶体管中的空穴迁移率普遍不高。无论取代基是烷基链的(不同取代位置)，还是没有取代基的。根据其聚合单体的单晶的分析，我们可知该类分子的晶体堆积方式全部为人字形排列，相邻分子间的距离远只具有少部分π-π重叠。此种堆积方式严重阻碍电荷的迁移，因此性能很差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含噻唑并噻唑单元的聚合物、制备方法及其用途。本案通过将氨基甲酸酯侧链引入到共轭骨架中，根据单晶的分析，堆积方式由人字型堆积转变成更有利于电荷迁移的阶梯状堆积，从而大大改善了电荷的迁移路线，使得其性能有26倍的提升。

为了实现上述目的，本发明提出了一种含噻唑并噻唑单元的聚合物，所述聚合物PCTZ-T具有如下结构式：

其中，n为大于等于1的正整数。

在本发明所述的技术方案中，披露合成了2,5-双(3-((2-乙基己基)噻吩-2-基)噻唑并[5，4-d]噻唑(CTZ)的结构，该新构筑的单元与过去的双噻吩噻唑并噻唑(TTZ)的不同在于，CTZ在噻吩的3位上引入了胺基甲酸酯基团，胺基上的氢原子能够同噻唑环上的氮原子形成分子内氢键，由此获得了CTZ的单晶结构，并且和一些已知的双噻吩噻唑并噻唑(TTZ)单晶结构进行了对比，本案的CTZ的晶体中分子排列呈层状结构，相邻分子具有一维π-π重叠。因此，该CTZ分子具有非常好的性能。

需要说明的是，本案发明人将氨基甲酸酯侧链引入到共轭骨架中，根据单晶的分析，堆积方式由人字型堆积转变成更有利于电荷迁移的阶梯状堆积。大大改善了电荷的迁移路线，使得其性能有26倍的提升。