[发明专利]氮杂芴酮类共轭聚合物光电材料及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料技术领域。具体涉及一类含氮杂芴酮类有机聚合物半导体材料，并涉及该类材料在有机电致发光、有机场效应管、有机太阳能电池、非线性光学、生物传感、有机光存储和有机激光等领域的应用。

背景技术

自1987年美国柯达公司Tang研究小组[Tang，C.W.；Van Slyke，S.A.Appl.Phys.Lett.1987，51，913.]和1990年英国剑桥大学[Burroughes，J.H.；Bradley，D.D.C.；Brown，A.B.；Marks，R.N.；Mackay，K.；Friend，R.H.；Burn，P.L.；Holmes，A.B.Nature 1990，347，539.]分别发表了以有机和聚合物荧光材料制成薄膜型有机电致发光器件(Organic Light-emitting Diodes)和聚合物发光二极管(PolymericLight-emitting Diodes)以来，有机平板显示成为继液晶显示之后的又一代市场化的显示产品。与此同时其他有机电子和光电子产业，包括有机太阳能电池、有机场地效应管、有机光存储、非线性光学、生物传感和有机激光等领域以及非线性光学材料也正走向市场化。有机和塑料电子产品的优点在于材料制备成本低、工艺简单、具有通用高分子的柔韧性和可塑性。因此，开发具有实用性的市场潜力新型有机光电信息材料吸引了许多国内外大学不同学科的科学家以及研究机构和公司的关注和投入。因此，开发具有实用性的市场潜力新型有机光电信息材料吸引了许多国内外大学不同学科的科学家以及研究机构和公司的关注和投入。

到目前为止，给体-受体(D-A)化合物在有机分子以及固体电子学领域引起广泛的关注，这主要是由于D-A型分子具有整流效应，其本质与分子器件中的分子内p-n结类似，尤其是黄维教授课题组开创性地提出了p-n嵌段共聚的带隙调控概念，实现了材料带隙和光谱的较大范围可调，设计开发了一系列不同带隙的线型、支化型p-n嵌段共轭聚合物和寡聚物三基色发光材料。通过结合不同的结构单元可以简单而有效地调控电荷和能量传输，从而得到高效红光材料和双偶极电荷传输材料。同时，p-n嵌段可以调节陷阱深度和陷阱密度，可用于发展聚合物动态随机存储(DRAM)单元，D-A分子中的分子内电荷转移(ICT)跃迁可以使化合物的吸收光谱向长波方向移动；此外，可通过引入强吸电子基团(A)可以降低最低占据分子轨道(LUMO)能级，引入强给电子基团(D)可以提高最高占据分子轨道(HOMO)能级，这对于就材料的能级有特殊要求的有机分子器件十分有利，尤其是在太阳能电池中，本体异质结有机太阳能电池要求材料具有宽的吸收，即窄带隙材料，因此需要降低给体材料的HOMO与LUMO之间的能级差；此外，器件的开路电压与内建电场呈线性关系，内建电场是指给体材料的HOMO与受体材料的LUMO之间的能级差，因此，降低给体材料的HOMO能级对于提高开路电压是十分有益的，但是HOMO能级的降低导致的是宽带隙材料，不利于材料对太阳光的吸收。在有机半导体材料中，大多数化合物显示出供电子特性，即可以作为给体单元(D)；为了获得高效的有机器件，探索新型的受体单元(A)是十分重要的。目前吡啶、噁二唑、苯并噻唑、苝二酰亚胺和C₆₀是研究及应用最为广泛的受体。然而，氮杂芳环类化合物作为常用的配体，其缺电子特性在很大程度被忽略了，其主要原因可能是由于合成方法上的限制，苛刻的反应条件、较低的产率、对其合成方法缺乏系统的探索与总结等都极大地限制了该体系在有机半导体材料及器件中的应用。基于此，探索氮杂芳环类化合物的合成方法、设计并合成新颖的氮杂芳环及其衍生物、总结氮杂芳环体系的反应规律、构建基于氮杂芳环的D-A型有机半导体材料及器件具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种氮杂芴酮类聚合物光电材料及其制备和应用方法，设计4，5-氮杂芴酮类单体来制备相关的光电功能材料。另外，指出了该类材料在有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应管、有机光存储和有机激光等有机电子领域的应用。

技术方案：本发明的4，5-二氮杂芴酮类聚合物光电材料具有如下结构通式：

聚合物I

式中：x为1～100中的自然数，y为0～100中的自然数，n为1～300中的自然数，