[发明专利]一类氮杂吲哚酮苯并呋喃酮-噻吩苯并噻二唑共轭聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一类氮杂吲哚酮苯并呋喃酮‑噻吩苯并噻二唑共轭聚合物，其结构式如式Ⅰ所示，该类聚合物具有较宽的紫外‑可见‑近红外吸收光谱、良好的热学稳定性，具有合适的前沿轨道能级，有利于空穴和电子注入，可以制备空气稳定的双极性场效应晶体管。本发明的氮杂吲哚酮苯并呋喃酮‑噻吩苯并噻二唑共轭聚合物的合成步骤少、收率高、聚合物度高、纯化工艺简单易行，适合大规模工业合成。以本发明氮杂吲哚酮苯并呋喃酮‑噻吩苯并噻二唑共轭聚合物半导体材料为半导体层制备的有机场效应晶体管具有很高的空穴和电子迁移率。

技术领域

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及一类氮杂吲哚酮苯并呋喃酮-噻吩苯并噻二唑共轭聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物场效应晶体管是以聚合物半导体材料为载流子传输层，通过电场来调节材料导电能力的有源器件，在射频识别标签、柔性和大面积显示屏、可穿戴传感器以及电子皮肤等方面有着广阔的应用前景。按照载流子类别，聚合物半导体材料可以分为p-型、n-型以及双极性三种，其中p-型聚合物材料可以进行空穴传输，n-型聚合物材料可以进行电子传输，而双极性聚合物材料则既可以进行空穴传输，也可以进行电子传输。由于以双极性聚合物材料载流子传输层制备柔性有机集成电路时，比p-型和n-型聚合物材料有着构筑工艺简单等先天性优势，使得双极性聚合物半导体材料近年来越来越受到材料科学和有机微电子研究工作者们的青睐，相关研究已经成为有机电子学领域的热点和焦点之一。

近十年来，p-型和n-型聚合物半导体材料研究取得巨大进展，其空穴迁移率或电子迁移率已经可以和有机小分子真空蒸镀薄膜以及单晶场效应晶体管器件的迁移率参数数值相媲美。相比之下，尽管双极性聚合物半导体材料的研究也取得了较大进步，但无论是在材料的种类、数量、迁移率还是在器件稳定性等方面都存在较大差距。比如，目前具有较高空穴迁移率和电子迁移率(大于1cm²V^-1s^-1)的双极性聚合物半导体材料仍然局限于少数含吡咯并吡咯二酮结构单元聚合物，并且它们中的大部分也只能在氮气中才能表现出较高的双极性性能(Chen,Z.；Lee,M.J.；Ashraf,R.S.；Gu,Y.；Albert-Seifried,S.；Nielsen,M.M.；Schroeder,B.；Anthopoulos,T.D.；Heeney,M.；McCulloch,I.；Sirringhaus,H.Adv.Mater.2012,24,647；Yuen,J.D.；Fan,J.；Seifter,J.；Lim,B.；Hufschmid,R.；Heeger,A.J.；Wudl,F.J.Am.Chem.Soc.2011,133,20799；Lee,J.；Han,A.-R.；Kim,J.；Kim,Y.；Oh,J.H.；Yang,C.J.Am.Chem.Soc.2012,134,20713；Lee,J.；Han,A.-R.；Yu,H.；Shin,T.J.；Yang,C.；Oh,J.H.J.Am.Chem.Soc.2013,135,9540)。开发高性能、空气稳定的双极性聚合物半导体材料的最大难点在于前沿轨道能级的精确调控，因为只有具有合适的最高占有轨道(HOMO)能级(-5.1±0.3eV)和最低未占有轨道(LUMO)能级(-4.0eV左右),才有利于空穴和电子的有效注入，从而获得较高的载流子迁移率，另外也有利于获得高空气稳定的聚合物场效应晶体管器件(Salleo,A.Mater.Today 2007,10,38；Wang,C.L.；Dong,H.L.；Hu,W.P.；Liu,Y.Q.；Zhu,D.B.Chem.Rev.2012,112,2208)。对供-受型(D-A)聚合物半导体材料来说，人们已经发现其HOMO能级主要取决于供电单元的HOMO能级，而其LUMO能级主要取决于受电单元的LUMO能级，但是，双极性聚合物材料的研发工作依然受困于不可预知的供、受体间的电子推拉作用力大小以及薄膜中材料分子的聚集态结构等等。

发明内容