[发明专利]区域规整聚合物的制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及区域规整聚合物，特别是具有高区域规整度的头-尾(HT)聚-(3-取代的)噻吩的制备方法，并涉及通过本方法制备的新型聚合物。本发明还涉及该新型聚合物在包括场效应晶体管(FET)、电致发光、光电和传感器设备在内的光学、电光学或电子设备中作为半导体或电荷传输材料的用途。本发明还涉及包含该新型聚合物的FET和其它半导电元件或材料。

背景和现有技术

有机材料近来显示出在有机基薄膜晶体管和有机场效应晶体管(OFET)中作为活性层的前景(参见Katz，Bao和Gilat，Ace.Chem.Res.，2001，34，5，359)。这些设备在智能卡、安全标签以及在平板显示器的开关元件中具有潜在的应用。如果有机材料可从溶液中沉积，则它们据期比它们的硅类似物具有巨大的成本优势，因为这使得快速的、大面积制造路线成为可能。

这些设备的性能主要基于半导体材料的电荷载流子迁移率和电流的通/断比，所以理想的半导体在它们的截止状态下应该具有低的导电性，并具有高的电荷载流子迁移率(＞1×10^-3cm²V^-1s^-1)。此外，重要的是半导体材料对氧化是相对稳定的，即它具有高的电离电势，因为氧化导致设备性能下降。

现有技术中，已经建议将区域规整的头-尾(HT)聚-(3-烷基噻吩)(P3AT)，特别是聚-(3-己基噻吩)(P3HT)用作半导体材料，因为它显示出1×10^-5至0.1cm²V^-1s^-1的电荷载流子迁移率。作为在场效应晶体管(参见Sirringhaus等人，Nature，1999，401，685-688)和光电电池(参见Coakley，McGehee等人.，Chem.Mater.，2004，16，4533)中的活性空穴传输层，P3AT是已经显示良好性能的半导体聚合物。所述电荷载流子迁移率以及因此这些应用的性能已经显示出强烈依赖于所述聚合物骨架的烷基侧链的区域再定位(或区域规整度)。高区域规整度意味着高度的头-尾(HT)偶联和少量的头-头(HH)偶联或尾-尾(TT)偶联，如下所示：

这导致所述聚合物在固态下的良好封装和高的电荷载流子迁移率。

通常，对于良好的性能来说，大于90％的区域规整度是必需的。除了高区域规整度以外，为了增强P3AT的配方的加工性和印刷性，高分子量也是所希望的。对于聚合物来说，更高的分子量也导致玻璃化转变温度增加，而低玻璃化转变温度可引起设备因在升高的温度下发生不希望的形态变化而在操作中失效。

现有技术中，例如在R.D.McCullough，Adv.Mater.，1998，10(2)，93-116的综述和它所引用的参考文献中，已经报道了高度区域规整的HT-P3AT的数种生产方法。

例如，已经由如下所示的“Stille-法”制备区域规整聚合物(参见Stille，Iraqi，Barker等人，J.Mater.Chem.，1998，8，25)：

或由如下所示的“Suzuki-法”制备(参见Suzuki，Guillerez，Bidan等人.，Synth.Met.，1998，93，123)：

然而，这两种方法都具有需要额外的工艺步骤以获得和提纯所述有机金属中间体的缺点。

从2，5-二溴-3-烷基噻吩开始制备区域规整度＞90％的HT-P3AT的其它已知方法，包括例如“Rieke法”，其中反应物(其中R是烷基)与高反应性的锌在THF中反应，如下所示并公开于例如WO93/15086(A1)中：

所得到的有机锌物种然后与镍(II)催化剂Ni(dppe)Cl₂反应以提供所述聚合物。与镍(0)催化剂Ni(PPh₃)₄反应据报道提供较低区域规整度(65％)的聚合物。与钯(0)催化剂(Pd(PPh₃)₄)反应据报道也提供较低区域规整度(50％)的聚合物(参见Chen，J.Am.Chem.Soc，1992，114，10087)。

还已知的是在McCullough等人，Adv.Mater.，1999，11(3)，250-253中和在EP1028136A1和US6,166,172中所描述的区域规整的HT-P 3AT的制备方法，通过参考将这些文献的全部公开内容引入本申请。根据该路线，反应物与甲基溴化镁在THF中反应如下：