[发明专利]制备区域规整聚合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备区域规整聚合物、尤其是具有高区域规整度和限定分子量的头-尾(HT)聚-(3-取代的)噻吩或硒吩的方法，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)、电致发光器件、光电器件和传感器器件在内的光学、电光学或电子器件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和其它半导电组件或材料。 

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，Acc.Chem.Res.，2001，34，5，359)。这些器件在智能卡、安全标签以及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，则有机材料预期比它们的硅类似物具有显著的成本优势，因为这使得快速的、大面积制造路线成为可能。 

这些器件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，因为氧化会导致降低的器件性能。 

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)，尤其是聚-(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地依赖于所述聚合物主链的烷基侧链的区域再定位(或区域规整度)。高区域规整度是指高度的头-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堆叠和高的电荷载流子迁移率。 

典型地，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的配制物的可加工性和可印刷性，高分子量也是所希望的。对于聚合物来说，较高的分子量还会导致升高的玻璃化转变温度，而低玻璃化转变温度可能引起在运行期间的器件故障，这是由于在升高的温度下发生不希望的形态变化所致。 

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的数种制备方法。 

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″，其中离析物(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反应而提供所述聚合物。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)反应据报道也提供低区域规整度(50％)的聚合物(参见Chen，J.Am.Chem.Soc，1992，114，10087)。