CN112679530A

CN112679530A - 一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料

Info

Publication number: CN112679530A
Application number: CN202011559305.8A
Authority: CN
Inventors: 邵静; 程宏伟; 屈苏平
Original assignee: Bengbu College
Current assignee: Bengbu College
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明涉及有机半导体领域，公开了一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料，该齐聚物材料具有如式(I)所示的结构通式，当共轭骨架上的两种烷基侧链R₁和R₂都为异辛基时，降低了齐聚物材料的溶解度，提高了齐聚物材料的空穴迁移率，该类齐聚物材料能够在室温下成膜，无需经过任何热处理，即具有良好的空穴迁移率(≥0.20cm²V^‑1s^‑1)

Description

一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料

技术领域

本发明涉及有机半导体领域，具体来说是涉及一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料。

背景技术

齐聚物具有结构明确、纯化简单且成膜性良好等优点，但是当前大部分齐聚物的迁移率都较低，一般为10^-2～10^-4cm² V^-1s^-1；通过共轭骨架结构优化和侧链工程，曾得到了空穴迁移率性能良好的齐聚物半导体材料，但为了提供烷基链重排和共轭骨架自组装能力，薄膜结构优化过程中一般都需要较高温度的后退火处理，这对于衬底材料和薄膜的热膨胀系数提出了要求，且增加了器件制备的成本，与有机半导体材料加工成本低的优势相悖。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料，该材料在室温条件下即可成膜，不需要任何后退火处理，表现出优异的空穴迁移传输性能，空穴迁移率≥0.20cm² V^-1s^-1。

本发明采取的技术方案是提供一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料，具有如式(I)所示的结构通式：

式(I)中，R₁为异辛基，R₂为异辛基。

该齐聚物材料依靠刚性共轭骨架和适宜的烷基链(异辛基)的作用，在溶剂挥发过程中进行有序排列，在室温条件下成膜，无需后退火处理，即表现出良好的空穴传输行为，室温下的空穴迁移率≥0.20cm²V^-1s^-1。

附图说明

图1是齐聚物材料M1的核磁共振氢谱谱图。

图2是齐聚物材料M1在室温条件下制备的薄膜晶体管的转移曲线。

图3是齐聚物材料M1在室温条件下制备的薄膜的AFM高度图。

图4是齐聚物材料M1在室温条件下制备的薄膜XRD图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。

实施例1：

本实施例提供了一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料M1，结构式如下(R₁＝R₂＝异辛基)：

齐聚物材料M1的结构表征数据为：¹H NMR(400MHz,CDCl₃,323K,ppm):δ＝9.13(d,J＝8.0Hz,2H),8.26(s,2H),8.11(s,2H),7.85(d,J＝8.4Hz,2H),7.72(d,J＝8.4Hz,2H),7.49(s,2H),7.43(s,2H),7.37–7.23(m,4H),7.19(d,J＝8.4Hz,2H),6.84(s,2H),3.85-3.72(m,4H),3.09-2.93(m,4H),2.06-1.85(m,4H),1.61–1.22(m,32H),1.13–0.87(m,24H)。MALDI-TOF-MS(m/z):calcd for C₈₄H₉₀N₂O₂S₄,1286.6；found,1286.2。

将齐聚物材料M1配制成浓度为1mg/mL的氯仿溶液(该齐聚物材料M1室温条件下在氯仿中的溶解度为2mg/mL)，将溶液滴在OTS(辛基三氯硅烷)或ODTS(十八烷基三氯硅烷)修饰的硅片表面，在硅片底部1/2位置处插入一张A4纸或1～3层锡箔纸，以此来提供硅片与水平面的角度(～5°)，促进溶液取向流动，且该角度越大，溶液流动越快，薄膜就越薄。溶液在1min内干燥成膜，在制备的薄膜上真空蒸镀20nm厚度的金电极，得到OTFT(有机薄膜晶体管)器件，测得其迁移率为0.20cm²V^-1s^-1(如图2所示)。

表征了在室温条件下制备的薄膜的结构(如图3所示)，可以看出：该薄膜晶区尺寸达到了2μm，说明该齐聚物分子M1在室温挥发过程中进行了较为充分的自组装。从薄膜的XRD图(图4)可以看出；室温条件下制备的薄膜表现出了三级衍射峰，进一步证实了薄膜的高度有序性。

此外，还研究了后退火对器件迁移率的影响，实验结果表明，150℃和200℃退火后，器件的迁移率表现出了明显的下降。其中150℃退火5min后，OTFT的迁移率降至0.03cm²V^-1s^-1，而180℃退火5min后，OTFT的迁移率只剩5×10^-3cm²V^-1s^-1。通过分析薄膜结构，发现退火后薄膜中分子排列的方式发生了改变，产生了新的堆积结构，不利于空穴的传输。

为了对比，还分别配制了浓度为6mg/mL的齐聚物材料M2(R₁＝异辛基、R₂＝2-辛基十二烷基)、M3(R₁＝异辛基、R₂＝2-己基癸基)、M4(R₁＝异辛基、R₂＝2-丁基辛基)的氯仿溶液，并在室温条件下旋涂成薄膜，测试了齐聚物材料M2、M3、M4在室温条件下的空穴迁移率，如表1所示：

表1

	R<sub>1</sub>，R<sub>2</sub>	T(℃)	μ(cm<sup>2</sup>/V s)
				M2	R<sub>1</sub>＝异辛基，R<sub>2</sub>＝2-辛基十二烷基	r.t.	5×10<sup>-3</sup>
M3	R<sub>1</sub>＝异辛基，R<sub>2</sub>＝2-己基癸基	r.t.	0.08
				M4	R<sub>1</sub>＝异辛基，R<sub>2</sub>＝2-丁基辛基	r.t.	0.08

从表1的数据发现：当保持R₁＝异辛基，R₂为其它含支链的烷基时，室温条件下齐聚物的空穴迁移率只有5×10^-3和0.08cm²V^-1s^-1。只有当R₁＝R₂＝异辛基时，其室温条件下齐聚物的空穴迁移率才有较大的提高(0.20cm²V^-1s^-1)，通过适宜的溶剂溶解，就能够在室温条件下成膜，从而得到室温条件下迁移率较高的齐聚物材料。

尽管上述实施例描述了本发明的优选实施方式，但是这些实施方式仅作为示例提供。本领域普通技术人员应理解，在不脱离本发明权利要求书所限定的发明构思和范围的情况下，可以对本发明做出若干变形和改进。

Claims

1.一种室温条件下具有高空穴迁移率的齐聚物材料，其特征在于：具有如式(I)所示的结构通式：

式(I)中，R₁为异辛基，R₂为异辛基。