CN103635505B - 二噻吩并邻苯二甲酰亚胺半导体聚合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种式(I)的聚合物,其中M1为式(II)的任选取代的二噻吩并邻苯二甲酰亚胺,其中X为N或C‑R,其中R为H或C1‑C40烷基,R1在每次出现时独立地选自H、C1‑40烷基、C2‑40链烯基、C1‑40卤代烷基和单环或多环结构部分,其中C1‑40烷基、C2‑40链烯基和C1‑40卤代烷基各自可以任选被1‑10个独立地选自卤素、‑CN、‑NO2、OH、NH2、‑NH(C1‑20烷基)、N(C1‑20烷基)2、‑S(O)2OH、‑CHO、‑C(O)‑C1‑20烷基、‑C(O)OH、‑C(O)‑OC1‑20烷基、‑C(O)NH2、‑C(O)NH‑C1‑20烷基、‑C(O)N(C1‑20烷基)2、‑OC1‑20烷基、‑SiH3、‑SiH(C1‑20烷基)2、‑SiH2(C1‑20烷基)和‑Si(C1‑20烷基)3的取代基取代;以及该单环或多环结构部分可以经由任选的连接基与酰亚胺氮共价键合且任选可以被1‑5个独立地选自卤素、氧代、‑CN、‑NO2、OH、=C(CN)2、‑NH2、‑NH(C1‑20烷基)、N(C1‑20烷基)2、‑S(O)2OH、‑CHO、‑C(O)OH、‑C(O)‑C1‑20烷基、‑C(O)‑OC1‑20烷基、‑C(O)NH2、‑C(O)NH‑C1‑20烷基、‑C(O)N(C1‑20烷基)2、‑SiH3、‑SiH(C1‑20烷基)2、‑SiH2(C1‑20烷基)、‑Si(C1‑20烷基)3、‑O‑C1‑20烷基、‑O‑C1‑20链烯基、‑O‑C1‑20卤代烷基、C1‑20烷基、C1‑20链烯基、C1‑20卤代烷基、C7‑20芳基烷基、C6‑20芳氧基和C7‑20芳基羰基的取代基取代。M2为包含一个或多个环状结构部分的重复单元;以及n为2‑5,000的整数。

Description

二噻吩并邻苯二甲酰亚胺半导体聚合物
本发明涉及二噻吩并邻苯二甲酰亚胺半导体聚合物以及包含一种或多种该聚合物的制造品。
新一代光电器件如有机薄膜晶体管(OTFT)、有机发光晶体管(OLET)、有机发光二极管(OLED)、可印刷电路、有机光伏(OPV)器件、电化学电容器和传感器在作为其有源组件的有机半导体上制成。为了能够获得晶体管/电路操作所需高器件效率如大的电荷载流子迁移率(μ),或者获得OLED/OPV操作所必需的有效激子形成/分裂,希望可以得到p-型和n-型有机半导体材料二者。此外,这些基于有机半导体的器件应在环境条件下呈现令人满意的稳定性且应可以成本有效方式加工。
几种p-和n-通道分子半导体已经实现可接受的器件性能和稳定性。例如,基于某些并苯类(acenes)、低聚噻吩(p-通道)和苝类(n-通道)的OTFT可以在环境条件下显示出大于约0.5cm2/Vs的载流子迁移率(μ)。然而,分子半导体通常没有聚合物半导体容易加工,并且通常由于溶液粘度要求而不能经由印刷方法加工。
Zhang,M.;Tsao,H.N.;Pisula,W.;Yang,C.;Mishra,A.K.;Müllen,K.J.Am.Chem.Soc.2007,129,3472-3473描述了用于有机场效应晶体管(OFET)中的下式聚合物:
Junying Liu,Rui Zhang,Genevie`ve Sauve′,Tomasz Kowalewski和RichardD.McCullough,J.Am.Chem.Soc.2008,130,13167-13176描述了用于有机场效应晶体管(OFET)中的下列聚合物:
Rieger,R.;Beckmann,D.;Pisula,W.;Steffen,W.;Kastler,M.;MüllenK.Adv.Mater.2010,22,83-86描述了用于有机场效应晶体管(OFET)中的如下聚合物:
Xiao,S;Zhou H.;You,W.Macromolecules2008,41,5688-5696描述了用作用于光伏器件中的供体材料的如下聚合物:
Xugang Guo,Rocio Ponce Ortiz,Yan Zheng,Yan Hu,Yong-YoungNoh,Kang-JunBaeg,Antonio Facchetti和Tobin J.Marks,J.Am.Chem.Soc.2011,133,1405-1418描述了用于有机场效应晶体管(OFET)中的如下聚合物:
然而,本领域需要新的聚合物半导体,特别是在环境条件下具有良好稳定性、加工性能和/或电荷传输特性的那些。
鉴于上述情况,本发明的目的是要提供能够解决现有技术的各种缺陷和不足,包括上面所列那些缺陷和不足的半导体聚合物。本发明的目的还是要提供器件和制备方法以及这些聚合物的用途。
该目的通过可以由下式表示的聚合物解决:
其中M1为任选取代的二噻吩并邻苯二甲酰亚胺:
其中
X为N或C-R,
其中R为H或C1-40烷基,
R1在每次出现时独立地选自H、C1-40烷基、C2-40链烯基、C1-40卤代烷基和单环或多环结构部分,
其中C1-40烷基、C2-40链烯基和C1-40卤代烷基各自可以任选被1-10个独立地选自卤素、-CN、-NO2、OH、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)OH、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-OC1-20烷基、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)和-Si(C1-20烷基)3的取代基取代;以及
单环或多环结构部分各自可以经由任选的连接基与酰亚胺氮共价键合并且可以任选被1-5个独立地选自卤素、氧代、-CN、-NO2、OH、=C(CN)2、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)OH、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)、-Si(C1-20烷基)3、-O-C1-20烷基、-O-C1-20链烯基、-O-C1-20卤代烷基、C1-20烷基、C1-20链烯基、C1-20卤代烷基、C7-20芳基烷基、C6-20芳氧基和C7-20芳基羰基的取代基取代,
M2为包含一个或多个环状结构部分的重复单元;以及
n为2-5,000的整数。
本发明还提供了制备该类聚合物和半导体材料的方法,以及各种掺有本文所公开的聚合物和半导体材料的组合物、复合体和器件。
本发明聚合物可以呈现诸如在环境条件下的优异电荷传输特性、化学稳定性、低温可加工性、在常见溶剂中的大溶解性和加工多样性(例如可印性)的性能。结果是掺有一种或多种本发明聚合物作为半导体层的场效应器件如薄膜晶体管可以在环境条件下呈现高性能,例如显示出大电荷载流子(空穴)迁移率、低阈值电压和高电流开关比中的一种或多种。类似地,其他基于有机半导体的器件如OPV、OLET和OLED可以使用本文所述聚合物材料有效制造。
本发明聚合物可能呈现半导体行为如场效应器件中的高电荷载流子迁移率和/或良好的电流调制特性,光伏器件中的光吸收/电荷分离和/或发光器件中的电荷传输/复合/发光。此外,本发明聚合物可能具有某些加工优点如可溶液加工性和/或在环境条件下的良好稳定性(例如空气稳定性)。本发明聚合物可以用于制备p-型或n-型半导体材料,后者又可以用于制造各种有机电子制造品、结构体和器件,包括场效应晶体管、单极电路、互补电路、光伏器件和发光器件。
因此,本发明一方面提供了具有半导体活性的聚合物和由这些聚合物制备的半导体材料。更具体而言,该聚合物可以是包含包括二噻吩并邻苯二甲酰亚胺的第一重复单元(单体A,M1)和包括一个或多个环状结构部分的第二重复单元(单体B,M2)的A-B共聚物。
更具体而言,本发明聚合物的单体M1通常包括任选取代的二噻吩并邻苯二甲酰亚胺,而单体M2通常包括一种或多种任选取代的芳族或π-共轭单环结构部分。在某些实施方案中,单体M2除了该一个或多个单环结构部分外可以包括一个或多个连接基和/或一个或多个π-共轭多环结构部分。在各种实施方案中,单体M2整体为π-共轭多环结构部分。
在优选实施方案中,本发明聚合物包括具有选自如下的式的共聚单体M2
其中
π为具有8-24个环原子的任选取代的多环芳族或杂芳族结构部分;
Ar在每次出现时独立地为具有5-8个环原子的任选取代的单环芳基或杂芳基;
Z为共轭线性连接基;以及
m、m'独立地为0、1、2、3、4、5或6,
m''为0、1、2或3。
如本文所用,“环状结构部分”可以包括一个或多个(例如1-6个)碳环或杂环。该环状结构部分可以是芳基或杂芳基,各自包括例如5-24个环原子且可以任选如本文所述被取代。在其中该环状结构部分为“单环结构部分”的实施方案中,“单环结构部分”可以包括5-14员芳族碳环或杂环。单环结构部分例如可以包括苯基或5或6员杂芳基,它们各自可以任选如本文所述被取代。在其中该环状结构部分为“多环结构部分”的实施方案中,“多环结构部分”可以包括两个或更多个相互稠合的环(即共享公共键)或一个或多个桥接原子。多环结构部分可以包括8-24员芳族碳环或杂环,如8-24员芳基或杂芳基,它们各自可以任选如本文所述被取代。该环状结构部分可以为单环或多环环烷基或环杂烷基。
如本文所用,“卤代”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘。
如本文所用,“氧代”是指双键键合的氧(即=O)。
如本文所用,“烷基”是指直链或支化饱和烃基。烷基的实例包括甲基(Me),乙基(Et),丙基(例如正丙基和异丙基),丁基(例如正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基),戊基(例如正戊基、异戊基、新戊基),己基等等。烷基通常具有1-40个碳原子,例如1-20个碳原子。在一些实施方案中,烷基具有1-6个碳原子并且可以称为“低级烷基”。低级烷基的实例包括甲基、乙基、丙基(例如正丙基和异丙基),以及丁基(例如正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)。在一些实施方案中,烷基可以如本文所述被取代。烷基通常不被另一烷基、链烯基或炔基取代。
如本文所用,“卤代烷基”是指具有一个或多个卤素取代基的烷基。卤代烷基通常具有1-40个碳原子,例如1-20个碳原子。卤代烷基的实例包括-CF3、-C2F5、-CHF2、-CH2F、-CCl3、-CHCl2、-CH2Cl、-C2Cl5等等。全卤代烷基,即其中所有氢原子被卤原子替代的烷基(例如CF3和C2F5)包括在“卤代烷基”的定义内。例如,C1-40卤代烷基可以具有式-CzH2z+1-tX0 t,其中X0在每次出现时为F、Cl、Br或I,z为1-40的整数且t为1-81的整数,条件是t小于或等于2z+1。不为全卤代烷基的卤代烷基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“烷氧基”是指-O-烷基。烷氧基的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基(例如正丙氧基和异丙氧基)、叔丁氧基、戊氧基、己氧基等等。-O-烷基中的烷基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“烷硫基”是指-S-烷基(在某些情况下其可以表示为-S(O)w-烷基,其中w为0)。烷硫基的实例包括但不限于甲硫基、乙硫基、丙硫基(例如正丙硫基和异丙硫基)、叔丁硫基、戊硫基、己硫基等等。-S-烷基中的烷基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“芳基烷基”是指-烷基芳基,其中芳基烷基经由烷基与确定化学结构共价连接。芳基烷基在-Y-C6-14芳基的定义内,其中Y如本文所定义。芳基烷基的实例为苄基(-CH2-C6H5)。芳基烷基可以任选被取代,即芳基和/或烷基可以如本文所公开那样被取代。
如本文所用,“链烯基”是指具有一个或多个碳-碳双键的直链或支化烷基。链烯基的实例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基等等。该一个或多个碳-碳双键可以在内部(如在2-丁烯中)或在端部(如在1-丁烯中)。链烯基通常具有2-40个碳原子,例如2-20个碳原子。在一些实施方案中,链烯基可以如本文所述被取代。链烯基通常不被另一链烯基、烷基或炔基取代。
如本文所用,“炔基”是指具有一个或多个碳-碳叁键的直链或支化烷基。炔基的实例包括乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基等等。该一个或多个碳-碳叁键可以在内部(如在2-丁炔中)或在端部(如在1-丁炔中)。炔基通常具有2-40个碳原子,例如2-20个碳原子。在一些实施方案中,炔基可以如本文所述被取代。炔基通常不被另一炔基、烷基或链烯基取代。
如本文所用,“环烷基”是指非芳族碳环基团,包括环化烷基、链烯基和炔基。环烷基通常具有5-24个碳原子,例如5-20个碳原子。环烷基可以是单环(例如环己基)或多环(例如含有稠合、桥接和/或螺环体系),其中碳原子位于该环体系内部或外部。环烷基的任何合适环位置可以共价连接于确定化学结构。环烷基的实例包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环戊烯基、环己烯基、环己二烯基、环庚三烯基、降冰片基、降蒎烷基(norpinyl)、降蒈烷基(norcaryl)、金刚烷基和螺[4.5]癸烷基,以及其同系物、异构体等等。在一些实施方案中,环烷基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“杂原子”是指碳或氢以外的任何元素的原子且例如包括氮、氧、硅、硫、磷和硒。
如本文所用,“环杂烷基”是指含有至少一个选自O、S、Se、N、P和Si(例如O、S和N)的环杂原子且任选含有一个或多个双键或叁键的非芳族环烷基。环杂烷基通常具有5-24个环原子,例如5-24个环原子。环杂烷基环中的一个或多个N、P、S或Se原子(例如N或S)可以被氧化(例如吗啉N-氧化物、硫吗啉S-氧化物、硫吗啉S,S-二氧化物)。在一些实施方案中,环杂烷基的氮或磷原子可以带有取代基,例如氢原子、烷基或本文所述的其他取代基。环杂烷基还可以含有一个或多个氧代基团,如氧代哌啶基、氧代唑烷基、二氧代-(1H,3H)-嘧啶基、氧代-2(1H)-吡啶基等等。环杂烷基的实例尤其包括吗啉基、硫吗啉基、吡喃基、咪唑烷基、咪唑啉基、唑烷基、吡唑烷基、吡唑啉基、吡咯烷基、吡咯啉基、四氢呋喃基、四氢噻吩基、哌啶基、哌嗪基等等。在一些实施方案中,环杂烷基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“芳基”是指芳族单环烃环体系或其中两个或更多个芳族烃环稠合在一起(即具有共享键)或至少一个芳族单环烃环与一个或多个环烷基和/或环杂烷基环稠合的多环环体系。芳基可以在其可以包括多重稠合环的环体系中具有6-24个碳原子。多环芳基可以具有8-24个碳原子。芳基的任何合适环位置可以共价连接于确定化学结构。仅具有芳族碳环的芳基实例包括苯基,1-萘基(双环),2-萘基(双环),蒽基(三环),菲基(三环),并五苯基(五环)及类似基团。其中至少一个芳族碳环与一个或多个环烷基和/或环杂烷基环稠合的多环环体系实例尤其包括环戊烷(即2,3-二氢化茚基,其为5,6-双环环烷基/芳族环体系)、环己烷(即四氢萘基,其为6,6-双环环烷基/芳族环体系)、咪唑啉(即苯并咪唑啉基,其为5,6-双环环杂烷基/芳族环体系)和吡喃(即苯并吡喃基,其为6,6-双环环杂烷基/芳族环体系)的苯并衍生物。芳基的其他实例包括苯并二烷基、苯并二氧戊环基、苯并二氢吡喃基、二氢吲哚基等。在一些实施方案中,芳基可以如本文所述被取代。在一些实施方案中,芳基可以具有一个或多个卤素取代基且可以称为“卤代芳基”。全卤代芳基,即其中所有氢原子被卤原子替代的芳基(例如-C6F5)包括在“卤代芳基”的定义内。在某些实施方案中,芳基被另一芳基取代且可以称为联芳基。联芳基中的各芳基可以如本文所公开那样被取代。
如本文所用,“杂芳基”是指含有至少一个选自氧(O)、氮(N)、硫(S)、硅(Si)和硒(Se)的环杂原子的芳族单环环体系或其中至少一个存在于环体系中的环为芳族的且含有至少一个环杂原子的多环环体系。多环杂芳基包括具有两个或更多个稠合在一起的杂芳基环的那些以及具有至少一个与一个或多个芳族碳环、非芳族碳环和/或非芳族环杂烷基环稠合的单环杂芳基环的那些。杂芳基整体可以具有5-24个环原子且含有1-5个环杂原子。杂芳基可以在导致稳定结构的任何杂原子或碳原子处连接于确定化学结构。杂芳基环通常不含O-O、S-S或S-O键。然而,杂芳基中的一个或多个N或S原子可以被氧化(例如吡啶N-氧化物、噻吩S-氧化物、噻吩S,S-二氧化物)。杂芳基的实例例如包括如下所示5或6员单环和5-6双环环体系:
其中T为O、S、NH、N-烷基、N-芳基、N-(芳基烷基)(例如N-苄基)、SiH2、SiH(烷基)、Si(烷基)2、SiH(芳基烷基)、Si(芳基烷基)2或Si(烷基)(芳基烷基)。该类杂芳基环的实例包括吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、异噻唑基、噻唑基、噻二唑基、异唑基、唑基、二唑基、吲哚基、异氮茚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、2-甲基喹啉基、异喹啉基、喹啉喔基、喹唑啉基、苯并三唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并异唑基、苯并二唑基、苯并唑基、噌啉基、1H-吲唑基、2H-吲唑基、中氮茚基、异苯并呋喃基、1,5-二氮杂萘基、2,3-二氮杂萘基、蝶啶基、嘌呤基、唑并吡啶基、噻唑并吡啶基、咪唑并吡啶基、呋喃并吡啶基、噻吩并吡啶基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡啶并哒嗪基、噻吩并噻唑基、噻吩并唑基、噻吩并咪唑基等。杂芳基的其他实例包括4,5,6,7-四氢吲哚基、四氢喹啉基、苯并噻吩并吡啶基、苯并呋喃并吡啶基等。在一些实施方案中,杂芳基可以如本文所述被取代。
如本文所用,“p-型半导体材料”或“p-型半导体”是指具有空穴作为多数载流子的半导体材料。在一些实施方案中,当将p-型半导体材料沉积于衬底上时,它可以提供超过约10-5cm2/Vs的空穴迁移率。在场效应器件的情况下,p-型半导体也可以显示大于约10的电流开/关比。
如本文所用,“n-型半导体材料”或“n-型半导体”是指具有电子作为多数载流子的半导体材料。在一些实施方案中,当将n-型半导体材料沉积于衬底上时,它可以提供超过约10-5cm2/Vs的电子迁移率。在场效应器件的情况下,n-型半导体也可以显示大于约10的电流开/关比。
如本文所用,“场效应迁移率”是指电荷载流子,例如在p-型半导体材料情况下的空穴(或具有正电荷的单元)和在n-型半导体材料情况下的电子在电场影响下移动通过该材料的速度的度量。
如本文所用,当在将化合物在一定时间内暴露于环境条件,例如空气、环境温度和湿度而化合物的电荷载流子迁移率或还原电势大致维持在其初始测量值时可以认为该化合物“环境稳定”或“在环境条件下稳定”。例如,若化合物的载流子迁移率或还原电势在暴露包括空气、湿度和温度在内的环境条件3天、5天或10天后与其初始值的变动不超过20%或不超过10%,则可以将该化合物描述为环境稳定。
如本文所用,“可溶液加工”是指可以用于各种溶液相方法的化合物(例如聚合物)、材料或组合物,所述方法包括旋涂,印刷(例如喷墨印刷、丝网印刷、移印、胶印、凹版印刷、柔性版印刷、石印、大规模印刷等),喷涂,电喷涂,滴涂,浸涂和刮涂。
在整个说明书中,结构可以带有或可以不带有化学名。当对命名出现任何问题时,结构占优。
更具体而言,在M1的式中:
R1在每次出现时独立地选自H、C1-40烷基、C2-40链烯基、C1-40卤代烷基和具有5-24个环原子的单环或多环结构部分,
其中C1-40烷基、C2-40链烯基和C1-40卤代烷基各自可以任选被1-10个独立地选自卤素、-CN、-NO2、OH、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)OH、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-OC1-20烷基、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)和-Si(C1-20烷基)3的取代基取代;
该单环或多环结构部分可以经由任选的连接基与酰亚胺氮共价键合并且可以任选被1-5个独立地选自卤素、氧代、-CN、-NO2、OH、=C(CN)2、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)OH、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)、-Si(C1-20烷基)3、-O-C1-20烷基、-O-C1-20链烯基、-O-C1-20卤代烷基、-C1-20烷基、-C1-20链烯基、-C1-20卤代烷基、C7-20芳基烷基、C6-20芳氧基和C7-20芳基羰基的取代基取代。
在一些实施方案中,R1选自H、C1-40烷基、C2-40链烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基、-L-Ar1、-L-Ar1-Ar1、-L-Cy 1、-L-Cy 1-Cy 1,其中
L在每次出现时独立地选自-Y-O-Y-、-Y-C(O)-Y-、-Y-、二价C1-20烷基、二价C1-20链烯基、二价C1-20卤代烷基和共价键;
Ar1在每次出现时独立地为一价或二价C6-14芳基或5-14员杂芳基,它们各自任选被1-5个独立地选自卤素、-CN、C1-6烷基、C1-6烷氧基和C1-6卤代烷基的取代基取代;
Cy1在每次出现时独立地为一价或二价C5-14环烷基或5-14员环杂烷基,它们各自任选被1-5个独立地选自卤素、-CN、C1-6烷基、C1-6烷氧基和C1-6卤代烷基的取代基取代;以及
其中Y在每次出现时独立地选自二价C1-6烷基、二价C1-6卤代烷基和共价键。
在一些实施方案中,烷基链(以及类似基团如卤代烷基、芳基烷基、杂芳基烷基等)在酰亚胺氮原子上的取代可以改善该聚合物在有机溶剂中的溶解性。因此,在某些实施方案中,R1可以为线性或支化C3-40烷基,其实例包括正己基、1-甲基丙基、1-甲基丁基、1-甲基戊基、1-甲基己基、1-乙基丙基、1-乙基丁基、1,3-二甲基丁基和2-辛基十二烷基。在某些实施方案中,R1可以是线性或支化C3-40链烯基。在特殊实施方案中,R1可以是支化C3-20烷基或支化C3-20链烯基。例如,R1在每次出现时可以独立地选自下列:
在某些实施方案中,R1在每次出现时可以是线性或支化C6-40烷基或链烯基,任选被线性或支化C6-40烷基或链烯基取代的芳基烷基,被线性或支化C6-40烷基或链烯基取代的芳基(例如苯基)或任选被线性或支化C6-40烷基或链烯基取代的联芳基(例如联苯基),其中这些基团可以各自任选被1-5个卤代基团(例如F)取代。在一些实施方案中,R1可以为其中两个芳基经由连接基(L')共价连接的联芳基。例如,该连接基可以是二价C1-6烷基或羰基。在特定实施方案中,R1在每次出现时可以独立地选自:
在一些实施方案中,R1可以为任选取代的C6-14环烷基。例如,R1在每次出现时可以独立地选自:
在优选实施方案中,本发明聚合物可以包括具有选自如下的式的共聚单体M2
其中
Ar在每次出现时独立地为任选取代的具有5-8个环原子的单环芳基或杂芳基;
Z为共轭线性连接基;
m、m'独立地为0、1、2、3、4、5或6;
m''为0、1、2或3;
π为多环8-24员芳基或多环8-24员杂芳基,其中这些基团各自可以任选被1-6个Re基团取代,其中
Re在每次出现时独立地为a)卤素,b)-CN,c)-NO2,d)氧代,e)-OH,f)=C(Rf)2,g)C1-40烷基,h)C2-40链烯基,i)C2-40炔基,j)C1-40烷氧基,k)C1-40烷硫基,l)C1-40卤代烷基,m)-Y-C3-10环烷基,n)-Y-C6-14芳基,o)-Y-C6-14卤代芳基,p)-Y-5-12员环杂烷基或q)-Y-5-14员杂芳基,其中C1-40烷基、C2-40链烯基、C2-40炔基、C5-10环烷基、C6-14芳基、C6-14卤代芳基、5-12员环杂烷基和5-14员杂芳基各自任选被1-4个Rf基团取代;
Rf在每次出现时独立地为a)卤素,b)-CN,c)-NO2,d)氧代,e)-OH,f)-NH2,g)-NH(C1-20烷基),h)-N(C1-20烷基)2,i)-N(C1-20烷基)-C6-14芳基,j)-N(C6-14芳基)2,k)-S(O)wH,l)-S(O)w-C1-20烷基,m)-S(O)2OH,n)-S(O)w-OC1-20烷基,o)-S(O)w-OC6-14芳基,p)-CHO,q)-C(O)-C1-20烷基,r)-C(O)-C6-14芳基,s)-C(O)OH,t)-C(O)-OC1-20烷基,u)-C(O)-OC6-14芳基,v)-C(O)NH2,w)-C(O)NH-C1-20烷基,x)-C(O)N(C1-20烷基)2,y)-C(O)NH-C6-14芳基,z)-C(O)N(C1-20烷基)-C6-14芳基,aa)-C(O)N(C6-14芳基)2,ab)-C(S)NH2,ac)-C(S)NH-C1-20烷基,ad)-C(S)N(C1-20烷基)2,ae)-C(S)N(C6-14芳基)2,af)-C(S)N(C1-20烷基)-C6-14芳基,ag)-C(S)NH-C6-14芳基,ah)-S(O)wNH2,ai)-S(O)wNH(C1-20烷基),aj)-S(O)wN(C1-20烷基)2,ak)-S(O)wNH(C6-14芳基),al)-S(O)wN(C1-20烷基)-C6-14芳基,am)-S(O)wN(C6-14芳基)2,an)-SiH3,ao)-SiH(C1-20烷基)2,ap)-SiH2(C1-20烷基),aq)-Si(C1-20烷基)3,ar)C1-20烷基,as)C2-20链烯基,at)C2-20炔基,au)C1-20烷氧基,av)C1-20烷硫基,aw)C1-20卤代烷基,ax)C3-10环烷基,ay)C6-14芳基,az)C6-14卤代芳基,ba)5-12员环杂烷基或bb)5-14员杂芳基;以及
w为0、1或2。
π通常具有平面且高度共轭的环状核,该核可以任选如本文所公开那样被取代。合适环状核的实例包括萘、蒽、并四苯、并五苯、苝、芘、晕苯、芴、引达省(indacene)、茚并芴和四联苯以及其中一个或多个碳原子可以被杂原子如O、S、Si、Se、N或P替代的其类似物。
π可以包括两个或多个(例如2-4个)稠合环,其中各环可以为任选被1-6个Re基团取代的5、6或7员环,其中Re如本文所定义。
在一些实施方案中,π选自:
其中
k、k'、l和l'独立地选自-CR2=、=CR2-、-C(O)-和-C(C(CN)2)-;
p、p'、q和q'独立地选自-CR2=、=CR2-、-C(O)-、-C(C(CN)2)-、-O-、-S-、-N=、=N-、-N(R2)-、-SiR2=、=SiR2-和-SiR2R2-;
r和s独立地为-CR2R2-或-C(C(CN)2)-;
u、u'、v和v'可以独立地选自-CR2=、=CR2-、-C(O)-、-C(C(CN)2)-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-O-、-N=、=N-、-SiR2=、=SiR2-、-SiR2R2-、CR2R2-CR2R2-和-CR2=CR2-;以及
R2在每次出现时独立地为H或Re,其中Re如本文所定义。
在某些实施方案中,π选自:
其中k、l、p、p'、q、q'、r、s和R2如本文所定义。在一些实施方案中,k和l独立地选自-CR2=、=CR2-和-C(O)-;p、p'、q和q'独立地选自-O-、-S-、-N(R2)-、-N=、=N-、-CR2=和=CR2-;u和v独立地选自-CR2=、=CR2-、-C(O)-、-C(C(CN)2)-、-S-、-O-、-N=、=N-、-CR2R2-CR2R2-和-CR2=CR2-;其中R2如本文所定义。例如,R2在每次出现时独立地选自H、卤素、-CN、C1-20烷基和C1-20卤代烷基。r和s各自可以为CH2
在某些实施方案中,π可以为包括一个或多个噻吩基、噻唑基或苯基的多环结构部分,其中这些基团各自可以任选如本文所公开那样被取代。例如,π可以选自:
其中R2如本文所定义。例如R2可以选自H、C1-20烷基、C1-20烷氧基和C1-20卤代烷基。
优选的π选自:
其中R2如本文所定义。
优选R2选自H、C1-20烷基和C1-20卤代烷基。
优选Ar为任选取代的亚苯基或5-8员,尤其是5或6员杂芳族结构部分。
在一些实施方案中,Ar在每次出现时独立地为选自如下的任选取代的单环芳族结构部分:
其中
a、b、c和d独立地选自-S-、-O-、-CH=、=CH-、-CR3=、=CR3-、-C(O)-、-C(C(CN)2)-、-N=、=N-、-NH-和-NR3-;
R3在每次出现时独立地选自a)卤素,b)-CN,c)-NO2,d)-N(Rc)2,e)-ORc,f)-C(O)Rc,g)-C(O)ORc,h)-C(O)N(Rc)2,i)C1-40烷基,j)C2-40链烯基,k)C2-40炔基,l)C1-40烷氧基,m)C1-40烷硫基,n)C1-40卤代烷基,o)-Y-C5-14环烷基,p)-Y-C6-14芳基,q)-Y-5-14员环杂烷基,以及r)-Y-5-14员杂芳基,其中C1-40烷基、C2-40链烯基、C2-40炔基、C3-14环烷基、C6-14芳基、5-14员环杂烷基和5-14员杂芳基各自任选被1-5个Re基团取代;以及
Y、Rc和Re如本文所定义。
取决于位于聚合物骨架内还是构成该聚合物的端基之一,Ar可以是二价或一价的。优选各Ar独立地为5或6员芳基或杂芳基。更优选Ar各自选自苯基、噻吩基、呋喃基、吡咯基、异噻唑基、噻唑基、1,2,4-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基和1,2,5-噻二唑基,其中各基团可以为二价或一价的并且可以任选被1-4个,优选1-2个如本文所定义的R3基团取代。优选的R3基团独立地选自卤素、-CN、氧代基团、C1-20烷基、C1-20烷氧基、C1-20卤代烷基、NH2、NH(C1-6烷基)和N(C1-6烷基)2。在特定实施方案中,Ar各自可以选自噻吩基、异噻唑基、噻唑基、1,2,4-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、苯基和吡咯基,其中各基团任选可以被1-2个独立地选自卤素、-CN、氧代基团、C1-20烷基、C1-20烷氧基、C1-20卤代烷基、NH2、NH(C1-6烷基)和N(C1-6烷基)2的取代基取代。在一些实施方案中,Ar可以未被取代。在一些实施方案中,Ar为噻吩基、异噻唑基、噻唑基、1,2,4-噻二唑基、1,3,4-噻二唑基和1,2,5-噻二唑基,其中各基团任选被1-2个C1-20烷基取代。
例如,(Ar)m和(Ar)m'可以选自:
其中R2如本文所定义,以及
其中R4在每次出现时独立地为H或R3,且R3如本文所定义。
特别优选的(Ar)m和(Ar)m'为:
连接基Z可以包括1个、2个或更多个双键或叁键且与其相邻组分形成共轭体系。例如,Z可以为二价亚乙烯基(即具有一个双键),二价乙炔基(即具有一个叁键),包括两个或更多个共轭双键或叁键的C4-40链烯基或炔基,如1,3-二烯基团。例如Z可以选自:
其中R4如本文所定义。在某些实施方案中,Z选自:
在一些实施方案中,M2具有下式:
其中m选自1、2、3和4;且Ar如本文所定义。例如,M2可以选自:
其中R2、R3和R4如本文所定义。在特定实施方案中,M2可以选自:
其中R3可以独立地选自卤素、-CN、C1-20烷基、C1-20烷氧基和C1-20卤代烷基;R4可以独立地选自H、C1-20烷基、C1-20烷氧基和C1-20卤代烷基;且Rc在每次出现时可以独立地为H或C1-20烷基。
在一些实施方案中,M2除了一个或多个任选取代的单环芳基或杂芳基外可以包括连接基。例如,M2可以具有下式:
其中m和m'选自1、2和4;且Ar和Z如本文所定义。在某些实施方案中,M2可以选自:
其中R4和Rc如本文所定义。
在一些实施方案中,M2除了一个或多个任选取代的单环芳基或杂芳基外可以包括一个或多个任选取代的多环结构部分。例如,M2可以具有下式:
其中m和m'选自1、2和4;以及Ar和π如本文所定义。在某些实施方案中,M2选自:
其中R2和R4如本文所定义。
在一些实施方案中,M2具有选自如下的式:
其中R2、R4为H或C1-20烷基。
对于各种上述聚合物,n可以为2-5,000的整数。例如n可以为2-1,000,2-500,2-400,2-300或2-200。在某些实施方案中,n可以为2-100。例如n可以为8-500,8-400,8-300或8-200。在某些实施方案中,n可以为8-100。
本发明聚合物通常在环境条件下稳定(“环境稳定”)且可溶于常见溶剂。当在将本文所用聚合物在一定时间内暴露于环境条件,例如空气、环境温度和湿度而该聚合物的电荷载流子迁移率或还原电势大致维持在其初始测量值时可以认为该聚合物在电学上“环境稳定”或“在环境条件下稳定”。例如,若本发明聚合物的电荷载流子迁移率或氧化还原电势在暴露于包括空气、湿度和温度在内的环境条件3天、5天或10天后与其初始值的变动不超过20%或不超过10%,则可以将该聚合物描述为环境稳定。此外,若相应薄膜的光学吸收在暴露于包括空气、湿度和温度在内的环境条件3天、5天或10天后与其初始值的变动不超过20%(优选变动不超过10%),则可以认为聚合物是环境稳定的。
基于本发明聚合物的OTFT可以在环境条件下具有长期可操作性和持续高性能。例如,基于本发明聚合物的一些实施方案的OTFT可以在高度潮湿环境中维持令人满意的器件性能。本发明聚合物的一些实施方案还可以在宽范围的退火温度内呈现优异的热稳定性。光伏器件可以在延长时间期限内维持令人满意的功率转换效率。
如本文所用,当至少0.1mg化合物可以溶于1mL溶剂中时则可以认为该化合物可溶于该溶剂中。常见有机溶剂的实例包括石油醚类;乙腈;芳族烃类如苯、甲苯、二甲苯和酮类如丙酮和甲基乙基酮;醚类如四氢呋喃、二烷、二(2-甲氧基乙基)醚、乙醚、二异丙醚和叔丁基甲基醚;醇类如甲醇、乙醇、丁醇和异丙醇;脂族烃类如己烷类;酯类如乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸异丙酯和乙酸丁酯;酰胺类如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺;亚砜类如二甲亚砜;卤代脂族和芳族烃类如二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、氯苯、二氯苯和三氯苯;以及环状溶剂如环戊酮、环己酮和2-甲基吡咯烷酮。
假定它们在常见溶剂中的高溶解性,本发明聚合物除了其他更昂贵的方法外还可以使用溶液加工技术制成各种制造品。各种溶液加工技术已经用于有机电子器件。常见溶液加工技术例如包括旋涂、滴涂、分区涂敷(zone casting)、浸涂、刮涂或喷雾。溶液加工技术的另一实例是印刷。本文所用“印刷”包括非接触方法如喷墨印刷、微分配法等,以及接触方法如丝网印刷、凹版印刷、胶印、柔性版印刷、石印、移印、微接触印刷等。例如,印刷电子器件技术中的许多集中于聚焦于喷墨印刷,这主要是因为该技术对特征位置及多层重合提供较大控制。喷墨印刷提供的益处为无需预成型的底版(与接触式印刷技术相比)以及对油墨喷射的数字控制,由此提供按需印刷。然而,接触式印刷技术具有非常适合非常快速的卷筒式加工的优点。注意不同的印刷技术要求显著不同的油墨流变性能,从用于柔性版印刷中的非常粘稠配制剂到不太粘稠的凹版印刷油墨到适合喷墨印刷的更稀溶液。因此,不能总是凭直觉假定在旋涂器件中很好地起作用,因此可溶液加工的聚合物一定可印刷。
本发明聚合物可以用于制备半导体材料(例如组合物和复合体),后者又可以用于制造各种制造品、结构体和器件。在一些实施方案中,掺有一种或多种本教导的聚合物的半导体材料可能显示p-型半导体活性、双极活性、光吸收和/或发光。
因此,本发明进一步提供了制备半导体材料的方法。这些方法可以包括制备包括一种或多种溶解或分散于液体介质如溶剂或溶剂混合物中的本文所公开的聚合物的组合物,将该组合物沉积于衬底上以提供半导体材料前体,并加工(例如加热)该半导体前体以提供包括本文所公开聚合物的半导体材料(例如薄膜半导体)。在各种实施方案中,该液体介质可以是有机溶剂、无机溶剂如水或其组合。在一些实施方案中,该组合物可以进一步包括一种或多种独立地选自如下的添加剂:粘度调节剂、清洁剂、分散剂、粘合剂、相容剂、固化剂、引发剂、保湿剂、消泡剂、润湿剂、pH调节剂、生物杀伤剂和抑菌剂。例如,可包括表面活性剂和/或聚合物(例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、聚异丁烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)作为分散剂、粘合剂、相容剂和/或消泡剂。在一些实施方案中,沉积步骤可通过印刷(包括喷墨印刷和各种接触式印刷技术(例如丝网印刷、凹版印刷、胶印、移印、石印、柔性版印刷和微接触印刷))进行。在其他实施方案中,沉积步骤可通过旋涂、滴涂、分区涂敷、浸涂、刮涂或喷雾进行。
在本发明范围内的还有使用本文所公开的聚合物的各种制造品,包括电子器件、光学器件和光电子器件,如薄膜半导体,场效应晶体管(例如薄膜晶体管),光伏器件,光检测器,有机发光器件如有机发光二极管(OLED)和有机发光晶体管(OLET),互补金属氧化物半导体(CMOS),互补倒相器,二极管,电容器,传感器,D触发器,整流器和环形振荡器,以及其制造方法。
例如,制造品如本文所述各种器件可以包括具有本教导的半导体材料和衬底组分和/或介电组分的复合体。衬底组分可选自掺杂的硅、氧化铟锡(ITO)、ITO涂敷玻璃、ITO涂敷聚酰亚胺或其他塑料,单独或涂覆于聚合物或其他衬底上的铝或其他金属,掺杂聚噻吩等。介电组分可由以下制备:无机介电材料如各种氧化物(例如SiO2、Al2O3、HfO2)、有机介电材料如各种聚合物材料(例如聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚卤代乙烯、聚丙烯酸酯)和自组装超晶格/自组装纳米介电(SAS/SAND)材料(例如Yoon,M-H.等,PNAS,102(13):4678-4682(2005)中所述)以及混杂有机/无机介电材料(例如美国专利申请序列号为11/642,504中所述)。在一些实施方案中,介电组分可包括美国专利申请序列号11/315,076、60/816,952和60/861,308中所述的交联聚合物共混物。该复合体还可包括一个或多个电接点。源电极、漏电极和栅电极的合适材料包括金属(例如Au、Al、Ni、Cu)、透明导电氧化物(例如ITO、IZO、ZITO、GZO、GIO、GITO)和导电聚合物(例如聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy))。本文所述复合体中的一种或多种可掺入各种有机电子器件、光学和光电子器件内,这些器件例如为有机薄膜晶体管(OTFT),具体为有机场效晶体管(OFET),以及传感器、电容器、单极电路、互补电路(例如倒相电路)等。
因此,本教导的一方面涉及制造掺有本教导的半导体材料的有机场效晶体管的方法。本教导的半导体材料可用于制造各种类型的有机场效晶体管,包括顶栅极顶接触电容器结构、顶栅极底接触电容器结构、底栅极顶接触电容器结构和底栅极底接触电容器结构。本发明聚合物可以在这些器件的制造和/或使用中提供加工和操作优点。
图1说明四种常见类型的OFET结构:(上左)底栅极顶接触结构,(上右)底栅极底接触结构,(下左)顶栅极底接触结构和(下右)顶栅极顶接触结构。如图1所示,OFET可以包括介电层(例如示作8,8',8"和8'"),半导体层(例如示作6,6',6"和6'"),栅极触点(例如示作10,10',10"和10'"),衬底(例如示作12,12',12"和12'")以及源极和漏极触点(例如示作2,2',2",2'",4,4',4"和4'")。
在某些实施方案中,可使用SiO2作为介电层以顶接触几何结构用本发明聚合物在掺杂硅衬底上制造OTFT器件。在特定实施方案中,可在室温或升高的温度下沉积至少掺有本发明聚合物的有源半导体层。在其他实施方案中,可通过本文所述的旋涂或印刷施用掺有至少一种本发明聚合物的有源半导体层。对于顶接触器件而言,金属触点可使用屏蔽掩模在薄膜顶部上图案化。
在某些实施方案中,可使用聚合物作为介电层以顶栅极底接触几何结构用本发明聚合物在塑料箔上制造OTFT器件。在特定实施方案中,可在室温或升高的温度下沉积至少掺有本教导的聚合物的有源半导体层。在其他实施方案中,可通过本文所述的旋涂或印刷施用至少掺有本发明聚合物的有源半导体层。栅极和源极/漏极触点可由Au、其他金属或导电聚合物制成且通过气相沉积和/或印刷来沉积。
其中可使用本发明聚合物的其他制造品为光伏器件或太阳能电池。本发明聚合物可显示出宽的光学吸收和/或调节的氧化还原性能和体载流子迁移率,使得其适用于这些应用。因此,本文所述聚合物取决于在光伏设计中的M2单元性质可以用作受体(n-型)半导体或给体(p-型)半导体,其包括形成p-n结的相邻p-型或n-型半导体材料。这些聚合物可呈薄膜半导体形式,其可以沉积于衬底上形成复合体。在这些器件中利用本发明聚合物属于熟练技术人员的知识范围内。
因此,本教导的另一方面涉及制造掺有一种或多种本发明半导体材料的有机发光晶体管、有机发光二极管(OLED)或有机光伏器件的方法。
实施例
实施例1
合成(1):在0℃下向马来酸酐(11.8g,0.12mol)在30mL DCM中的悬浮液中缓慢加入十二烷基胺(22.3g,0.12mol)在80mL DCM中的溶液,其间形成更多白色沉淀。在加料之后将反应混合物在室温下再搅拌1小时。然后将该ppt过滤并干燥(32.1g)。然后向该白色固体中加入NaOAc(3.95g)在75mL乙酸酐中的悬浮液。随后将该白色悬浮液混合物回流2小时,其间形成透明橙色溶液。将该混合物冷却至室温并倾入水中。水层用乙醚萃取(2×100mL)。然后将乙醚层用2%KOH(2×100mL)、水洗涤并在MgSO4上干燥。粗材料通过使用DCM的柱层析提纯,以白色固体得到化合物(1),m=16.5g(52%)。H1NMR(400MHz,CDCl3):ppm6.68(s,2H),3.50(t,2H,J=7.0Hz),1.57(q,2H,J=7.0Hz),1.24(brs,18H),0.88(t,3H,7.0Hz)。C13NMR(165MHz,CDCl3):ppm170.88,134.01,37.94,31.89,29.60,29.59,29.53,29.47,29.32,29.12,28.53,26.73,22.67,14.10。
合成(2):向(1)(15.78g,0.059mol)在72mL AcOH中的悬浮液中加入NaOAc(9.75g,0.119mol)。将该混合物冷却至0℃,并滴加Br2(9.2mL)在14mL AcOH中的溶液。然后将该混合物在回流下加热7小时。将该混合物冷却至室温并倾入100mL水中。将水层用乙酸乙酯萃取(3×100mL)。然后将有机层用10%Na2SO3(2×50mL)、水(3×50mL)洗涤并在MgSO4上干燥,然后浓缩。粗材料通过使用Hex/DCM2:1的柱层析提纯,以白色固体得到化合物(2),m=16.78g(66%)。H1NMR(400MHz,CDCl3):ppm3.60(t,2H,J=7.0Hz),1.60(q,2H,J=7.0Hz),1.25(brs,18H),0.88(t,3H,J=7.0Hz)。C13NMR(165MHz,CDCl3):ppm163.96,129.30,39.84,31.89,29.59,29.52,29.41,29.32,29.04,28.42,26.61,22.67,14.10。
合成(3):向(2)(10g,23.63mmol)、3-噻吩硼酸(7.56g,59.08mmol)、Pd(PtBu2)3(0.8g,1.18mmol)和CsF(26.92g,177mmol)在500mL两颈RBF中的混合物中加入250mL二烷。将该混合物在100℃下加热24小时。将该混合物冷却至室温并减压除去3/4二烷。然后将残余物倾入水中,然后用CHCl3萃取(3×100mL)。有机层用盐水洗涤,在MgSO4上干燥并浓缩。粗材料通过使用Hex/DCM4:1的柱层析提纯,以浅黄色固体得到化合物(3),m=7.23g(71%)。H1NMR(400MHz,CD2Cl2):ppm7.96(dd,2H,J1=1.2Hz,J2=3.2),7.37(dd,2H,J1=3.2Hz,J2=5.2Hz),7.24(dd,2H,J1=1.2H,J2=5.2Hz),3.59(t,2H,J=7.0Hz),1.64(quin,2H,J=7.0Hz),1.40-1.20(m,18H),0.88(t,3H,J=7H)。C13NMR(165MHz,CDCl3):ppm171.31,129.93,129.67,129.57,128.01,126.13,38.70,32.29,30.01,29.99,29.96,29.88,29.71,29.57,28.92,27.21,23.05,14.24。
合成(4):将(3)(4.87g,11.3mmol)溶于100mL CHCl3和25mL AcOH中,然后加入NBS(2×8.06g,2×45.3mmol)(在3小时内分两份)。将该混合物在60℃下加热18小时。加入水以使该反应猝灭。将该混合物用DCM萃取(3×50mL),将合并的有机层在Na2SO4上干燥并浓缩。粗材料通过使用Hex/EA(3%)的柱层析提纯,以深褐色粘性液体得到化合物(4),其在长时间静置时固化,m=5.4g(64%)。H1NMR(400MHz,CDCl3):ppm7.13(s,2H),3.62(t,2H,J=7Hz),1.66(quin,2H,J=7Hz),1.40-1.20(m,18H),0.88(t,3H,J=7Hz)。C13NMR(165MHz,CDCl3):ppm169.21,131.52,131.29,131.25,114.62,112.28,38.92,31.90,29.61,29.56,29.45,29.33,29.12,28.45,26.79,22.67,14.11。
合成(5):向在250mL两颈RBF中的(4)(3.46g,4.6mmol)和Cu(294mg,4.6mmol)中加入100mL DMF,将该混合物在110℃下加热18小时。将另一部分Cu(74mg)加入反应混合物中并在110℃下继续加热18小时。然后加入更多Cu(26mg)并继续加热14小时。当没有剩下原料时,将反应混合物冷却至室温,其间形成深黄色晶体。将晶体滤出并在DCM/Hex中重结晶而作为黄色固体得到1.65g(5)(产率61%)。H1NMR(400MHz,CDCl3):ppm8.10(s,2H),3.71(t,2H,J=7Hz),1.70(quin,2H,J=7Hz),1.40-1.20(m,18Hz),0.87(t,3H,J=7Hz)。C13NMR(165MHz,CDCl3):ppm168.40,139.28,130.96,125.08,122.82,118.85,38.14,31.90,29.60,29.55,29.47,29.33,29.19,28.71,26.85,22.67,14.11。MS(+ve):584(46%),586(100%),588(56%)。C24H27Br2NO2S2的分析计算值:C49.24,H4.65,Br27.30,N2.39,S10.95;实测值:C49.04,H4.57,Br26.89,N2.37,S10.95。
实施例2
将等摩尔量的5(0.06mmol,35.1mg)和6(0.06mmol,51.3mg)溶于无水氯苯(7mL)中,然后在N2下加入三(二亚苄基丙酮)二钯(0)(0.0018mmol,1.6mg)和三(邻甲苯基)膦(0.0036mmol,1.1mg)。在N2下将所得混合物回流2天。加入2-溴噻吩和2-三丁基甲锡烷基噻吩作为封端剂。在冷却至室温之后,将反应混合物在甲醇(300mL)中沉淀并在室温下搅拌2小时。将该聚合物P1过滤,用甲醇洗涤并在丙酮中进行24小时索式提取。EA(计算):%C73.39(73.13),%H8.06(8.57)。
实施例3
在N2下将等摩尔量的5(0.24mmol,140.5mg)和7(0.24mmol,199mg)溶于无水氯苯(4.8mL)中,然后加入三(二亚苄基丙酮)二钯(0)(0.0072mmol,6.6mg)和三(邻甲苯基)膦(0.0144mmol,4.4mg)。在N2下将所得混合物回流2天。加入2-溴噻吩和2-三丁基甲锡烷基噻吩作为封端剂。在冷却至室温之后,将反应混合物在甲醇(300mL)中沉淀并在室温下搅拌2小时。将该聚合物P2过滤,用甲醇洗涤并在丙酮中进行24小时索式提取。将该聚合物P2再溶于氯苯中并由甲醇沉淀,过滤,用甲醇洗涤并干燥,得到褐色固体(164mg)。Mn=5.3×103,D=5.9。1H-NMR(1,1,2,2-四氯乙烷-d2)(400MHz)ppm8.13(m,2H)ppm7.15(m,2H)ppm3.79(m,2H)ppm2.97(m,4H)ppm1.84(m,6H)1.41(宽峰,54H)ppm0.94(m,9H)ppm。
实施例4
在N2下将等摩尔量的5(0.0922g,0.157mmol)和二甲锡烷基环戊二烯并二噻吩8(0.150g,0.157mmol)与Pd2dba3(0.00431g,0.00471mmol)和P(邻甲苯基)3(0.00287g,0.00942mmol)一起加入50mL Schlenk管中。然后向该混合物中加入无水氯苯(5.2mL)并在N2和130℃下回流2天。加入2-溴噻吩和2-三丁基甲锡烷基噻吩作为封端剂。在将反应混合物冷却至室温之后,将其在甲醇(300mL)中沉淀并在室温下搅拌2小时。然后将该聚合物P3在丙酮中进行索式提取并在甲醇中再沉淀。产率:0.115g深色固体(70%)Mn:1.04×104g/mol,D:2.65元素分析(计算):C,73.93(74.15);H,8.70(9.04);N,1.28(1.30)。
器件结果(见实施例6):1.4×10-3cm2V-1s-1(BGBC,200℃)
实施例5
在N2下将等摩尔量的5(0.148g,0.252mmol)和二甲锡烷基(3,3’’’-双十二烷基四联噻吩)9(0.250g,0.252mmol)与Pd2dba3(0.0069g,0.00755mmol)和P(邻甲苯基)3(0.0046g,0.0151mmol)一起加入50mL Schlenk管中。然后向该混合物中加入无水氯苯(12mL)并在N2和130℃下回流2天。在将反应混合物冷却至室温之后,将其在甲醇(300mL)中沉淀并在室温下搅拌2小时。然后将该聚合物P4在丙酮中进行索式提取并在甲醇中再沉淀。产量:0.136g深色固体(49%)Mn:1.03×104g/mol,D:1.61。
实施例6
制造基于P3的底栅极底接触晶体管
在Si/SiO2[200nm SiO2]衬底上使用石印法图案化的金源电极和漏电极制造底栅极底接触(BGBC)TFT。通道长度和宽度分别为5μm和350μm,这得到W/L=70。这些衬底用HMDS处理。半导体层通过在2000rpm下旋涂1分钟而由半导体溶液(30mg/mL,溶于二氯苯中)沉积。器件进一步在惰性条件中在200℃下退火30分钟,然后在环境条件下测量。
器件结果:迁移率(聚合物P3)=1.4×10-3cm2V-1s-1(BGBC,200℃)。

Claims (8)

1.一种下式聚合物:
其中M1为任选取代的二噻吩并邻苯二甲酰亚胺:
其中
X为N或C-R,
其中R为H或C1-40烷基,
R1在每次出现时独立地选自H、C1-40烷基、C2-40链烯基、C1-40卤代烷基和单环或多环结构部分,
其中C1-40烷基、C2-40链烯基和C1-40卤代烷基各自可以任选被1-10个独立地选自卤素、-CN、-NO2、-OH、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)OH、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-OC1-20烷基、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)和-Si(C1-20烷基)3的取代基取代;以及
单环或多环结构部分可以经由任选的连接基与酰亚胺氮共价键合并且可以任选被1-5个独立地选自卤素、氧代、-CN、-NO2、OH、=C(CN)2、-NH2、-NH(C1-20烷基)、-N(C1-20烷基)2、-S(O)2OH、-CHO、-C(O)OH、-C(O)-C1-20烷基、-C(O)-OC1-20烷基、-C(O)NH2、-C(O)NH-C1-20烷基、-C(O)N(C1-20烷基)2、-SiH3、-SiH(C1-20烷基)2、-SiH2(C1-20烷基)、-Si(C1-20烷基)3、-O-C1-20烷基、-O-C1-20链烯基、-O-C1-20卤代烷基、C1-20烷基、C1-20链烯基、C1-20卤代烷基、C7-20芳基烷基、C6-20芳氧基和C7-20芳基羰基的取 代基取代,
M2为包含一个或多个环状结构部分的重复单元;以及
n为2-5,000的整数,
其中M2选自:
其中R2、R4为H或C1-20烷基。
2.根据权利要求1的聚合物,其中R1选自H、C1-40烷基、C2-40链烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基、-L-Ar1-Ar1、-L-Cy1、-L-Cy1-Cy1
其中
L在每次出现时独立地选自-Y-O-Y-、-Y-C(O)-Y-、二价C1-20烷基、二价C1-20链烯基、二价C1-20卤代烷基和共价键;
Ar1在每次出现时独立地为一价或二价C6-14芳基或5-14员杂芳基,它们各自任选被1-5个独立地选自卤素、-CN、C1-6烷基、C1-6烷氧基和C1-6卤代烷基的取代基取代;
Cy1在每次出现时独立地为一价或二价C5-14环烷基或5-14员环杂烷基,它们各自任选被1-5个独立地选自卤素、-CN、C1-6烷基、C1-6烷氧基和C1-6卤代烷基的取代基取代;
Y在每次出现时独立地选自二价C1-6烷基、二价C1-6卤代烷基和共价键。
3.根据权利要求1或2的聚合物,其中n为4-1000的整数。
4.一种选自电子器件、光学器件和光电子器件的制造品,包含一种或多种根据权利要求1-3中任一项的聚合物。
5.根据权利要求4的制造品,其中所述制造品为包含一种或多种根据 权利要求1-3中任一项的聚合物的薄膜半导体。
6.根据权利要求4的制造品,其中所述制造品为包含根据权利要求5的薄膜半导体的场效应晶体管器件。
7.根据权利要求4的制造品,其中所述制造品为包含根据权利要求5的薄膜半导体的光伏器件。
8.根据权利要求4的制造品,其中所述制造品为包含根据权利要求5的薄膜半导体的有机发光器件。
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