[发明专利]一种通过一步合成基于稠环和苯并噻二唑的高性能共轭小分子半导体材料

说明书

本发明公开了一种通过一步合成基于稠环和苯并噻二唑的高性能共轭小分子半导体材料，依据苯并噻二唑为受体单元，稠环为给体单元，设计一种可溶液处理的共轭小分子半导体材料，具有小分子明确的结构和共轭聚合物优异的成膜性能，利用分子内和分子间的D/A相互作用，结合分子内的非共价相互作用，使整个共轭小分子保持良好的平面性，利于分子的有序堆积，制备的共轭小分子半导体材料有望获得优异的光电性能。可以用于高性能的有机薄膜晶体管器件中，具有高的空穴传输性能，空穴迁移率高达2.0 cm²V^‑1s^‑1。本发明具有结构简单、合成简洁，分子平面性好的优点，利于商业化应用推广，也可以作为光伏给体材料，适合应用于有机光伏器件中。

技术领域

本发明涉及有机光电材料技术领域，尤其涉及一种通过一步合成基于稠环和苯并噻二唑的高性能共轭小分子半导体材料。

背景技术

有机光电材料包括聚合物光电材料和有机小分子光电材料，具有质轻、价格低廉、柔性、以及结构可调节等优势受到广泛的关注。共轭聚合物光电材料还具有优异的成膜性能，其目前面临的主要问题是共轭聚合物结构不可控，每次制备聚合物的分子量和分子量分布都不一样，具有批次差异，这有可能限制了共轭聚合物光电材料的商业应用。相比聚合物，有机小分子具有明确的分子结构，无批次差异，可重复性好。这也使得有机小分子具有更广阔的应用前景，有机小分子面临的问题是成膜性能较差，因此制备可溶液处理的有机小分子光电材料，并获得高的光电性能，具有重要商业意义。在有机光电材料的构筑单元中，苯并噻二唑是一种特殊的单体，其结构对称、简单，溴化的苯并噻二唑都已经商业化，基于苯并噻二唑的共轭聚合物在有机光伏和有机薄膜晶体管领域都获得了很高的光电性能，例如，以苯并噻二唑为受体单元，二茚并二噻吩稠环为给体单元的共轭聚合物，在有机薄膜晶体管器件中的空穴迁移率超过8cm²V^-1s^-1(Adv Mater,2016,28,3922-3927.)。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种通过一步合成基于稠环和苯并噻二唑的高性能共轭小分子半导体材料。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于稠环和苯并噻二唑的受体-给体-受体型共轭小分子半导体材料，所述的小分子半导体材料的结构式为：

其中，R为C_nH_2n+1烷基链，n≥6；或者R为烷基苯链

所述的小分子半导体材料的主链为苯并噻二唑的受体单元和稠环的给体单元。

所述的小分子半导体材料是由稠环锡单体与溴化苯并噻二唑单体通过Stille反应制备的，或者由稠环单体与溴化苯并噻二唑单体直接通过C-H活化反应制备得到，单体结构如下：

所述的小分子半导体材料用于制备有机薄膜晶体管、有机光伏电池以及热电转换器件。

本发明中苯并噻二唑单体可直接购买，给体单元单体也可以直接商业化购买，因此，本发明设计和合成的A-D-A型共轭小分子半导体材料可以通过一步法直接合成，主链结构分别引入稠环和苯并噻二唑单体，使主链结构保持良好的平面性，有利于载流子的传输，支链结构引入烷基链，保证优异的溶解性，利于溶液加工，本发明所制备的A-D-A型共轭小分子半导体材料可应用于有机薄膜晶体管，有机光伏给体材料以及有机热电材料等领域。