[发明专利]含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物及制备方法与应用

说明书

本发明提供一种含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物及制备方法与应用，属于功能高分子材料与有机电子学技术领域。该聚合物的结构式如式Ⅰ所示。本发明提供一种上述含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物的制备方法，该方法是在惰性气氛保护下，将双溴单体、双三烷基锡单体、钯催化剂以及配体溶解在有机溶剂中，在避光和加热回流条件下进行Stille聚合反应，得到含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物；本发明还提供式Ⅰ所示的含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物作为电子传输材料在有机场效应晶体管中的应用，以及作为n型高分子热电材料的应用。本发明的共聚物具有较高的电子迁移率、电导率及优异的热电性能。

技术领域

本发明属于功能高分子材料与有机电子学技术领域，具体涉及一种含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物及制备方法与应用。

背景技术

导电高分子是一类具有π共轭主链结构、可通过化学或电化学掺杂实现本征导电特性的一类高分子材料，例如，聚苯胺、聚吡咯等。通过掺杂程度的控制，导电高分子的电导率可在10^-6～10⁵S cm^-1的大范围尺度内连续调节，从而具有半导体或导体的性质。导电高分子不仅可实现类似金属的导电特性，还具有常规高分子材料所具备的塑料特性，例如，柔性、质量轻、可低成本溶液加工等。基于以上特点，导电高分子在未来智能电子皮肤、可穿戴光电器件等领域具有广泛的应用前景。

根据导电高分子的半导体/导体特性，导电高分子包括传输空穴的p型导电高分子以及传输电子的n型导电高分子。然而，n型导电高分子的发展远远落后于p型导电高分子，面临材料体系少、载流子迁移率低以及掺杂后电导率低的问题。例如，p型导电高分子的空穴迁移率已经超过10cm² V^-1 s^-1，掺杂后的电导率已经超过1000S cm^-1；而n型导电高分子的电子迁移率普遍较低，掺杂后的电导率很少超过10S cm^-1。鉴于n型导电高分子在有机逻辑互补电路、有机热电发电机以及有机热电制冷器等光电子器件中的不可或缺性，n型导电高分子的低效率严重制约了此类光电子器件的发展。因此，迫切需要发展高效率的n型导电高分子。

为了促进n掺杂，提高电导率，n型导电高分子需要具有很低的LUMO能级。文献报道的n型导电高分子主要基于强拉电子的稠环芳香单元进行构建，例如萘二酰亚胺单元及其衍生物、苯并二呋喃二酮衍生物等。然而，此类稠环芳香单元具有较大的π平面，刚性较强，不利于高分子链的有序堆积，一定程度上限制了导电高分子的传输性能。此外，这些稠环芳香单元的合成较困难，不利于导电高分子的大规模制备。因此，如何通过合理的化学结构设计，解决上述n型导电高分子材料面临的问题，开发出高效的n型导电高分子材料，已成为领域内诸多研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物及制备方法与应用，该共轭聚合物采用聚噻吩骨架或含乙烯结构的聚噻吩骨架作为高分子主链，具有较高的电子迁移率、电导率及优异的热电性能。

本发明首先提供一种含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物，结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，n为2～1000的整数，a为1～4的整数，b为0或1；

Ar为以下结构中的一种：

R为以下基团的一种：

其中，m为0～12的整数，x为1～20的整数，y为1～20的整数，p为1～10的整数，q为4～12的整数。

优选的是，m为1～8的整数，x为6～14的整数，y为6～14的整数，p为2～5的整数，q为6～10的整数。

优选的是，所述的含拉电子取代基的聚噻吩类共轭聚合物的结构式如1-20所示：