[发明专利]N-酰基取代异靛蓝基的共轭聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶液处理的低LUMO能级的有机半导体材料，尤其是一类N-酰基取代异靛蓝基的共轭聚合物及其制备方法。

背景技术

在1970年Barbe发现酞菁分子具有场效应特性，但真正意义上的有机场效应晶体管(organic field-effect transistor，OFETs)是1987年由Koezuka用电化学聚合噻吩制成的。OFETs是重要的有机半导体器件之一。而后历经二十多年的发展，OFETs研究已经成为化学、物理学、材料学、电子学和信息学等多学科前沿交叉研究的重要领域。(参见文献：Zaumseil，J.；Sirringhaus，H.Electron and ambipolar transport in organic field-effect transistors.Chem.Rev.，107，1296(2007)；Guo，Y.；Yu，G.；Liu，Y.Functional Organic Field-Effect Transistors.Adv.Mater.，22，4427(2010))

共轭聚合物组成的OFETs具有一些独特的优点而受到研究人员的极大重视，由于在近几年来新型有机半导体材料的不断开发研究，其性能实现了重大突破。(参见文献：Huang，H.；Chen，Z.；Ortiz，R.P.；Newman，C.；Usta，H.；Lou，S.；Youn，J.；Noh，Y.-Y.；Baeg，K.-J.；Chen，L.X.；Facchetti，A.；Marks，T.Combining Electron-Neutral Building Blocks with Intramolecular“Conformational Locks”Affords Stable，High-Mobility P-and N-Channel Polymer Semiconductors.J.Am.Chem.Soc.134，10966(2012))共轭聚合物的能级对于OFETs的稳定性与电子传输具有重要的影响。低LUMO能级的共轭聚合物有利于提高器件的空气稳定性，使得材料更加倾向于电子迁移，而非空穴迁移。本发明涉及的一类N-酰基取代异靛蓝的共轭聚合物，将具有强烈吸电子能力的羰基引入到聚合物的共轭主链中，显著地降低了聚合物的LUMO能级，同时该类共轭聚合物主链中具有大π共轭体系，使得该类材料在双极或N型有机场效应晶体管材料方面有潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一类可溶液处理的含有N-酰基取代异靛蓝基的共轭聚合物及其制备方法。该共轭聚合物中的N-酰基取代异靛蓝是由烷基酰氯与异靛蓝在吡啶的作用下反应生成。本发明的共轭聚合物主链中具有大π共轭体系，其侧链含有强烈吸电子的羰基与柔性促溶的烷基链。本发明涉及的共轭聚合物属于主链共轭的可溶液处理的低LUMO能级的低能隙聚合物。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种N-酰基取代异靛蓝基的共轭聚合物，所述共轭聚合物的结构式如式(I)所示：

其中，R为含碳原子数6～20的烷烃链，100＞n＞1，Ar为式(II)、(III)或(IV)所示的结构式：

第二方面，本发明涉及一种上述的N-酰基取代的异靛蓝基的共轭聚合物的制备方法，包括如下步骤：

a、将未被酰基取代的异靛蓝中间体A在吡啶中加热反应引入柔性酰基侧链，得到酰基取代的异靛蓝单体M其中，R为含碳原子数6～20的烷烃链；

b、将所述异靛蓝单体M与二甲基锡共轭单体在无水有机溶剂中共聚，索氏提取，即得所述N-酰基取代的异靛蓝基的共轭聚合物。

优选地，步骤a中，将所述异靛蓝中间体A与烷基酰氯以吡啶为介质，回流反应4～18小时；以体积比为1∶1～1∶2的二氯甲烷和石油醚为洗脱剂，洗脱得到所述异靛蓝单体M。

优选地，步骤b中，所述二甲基锡共轭单体为BDT-TBDT-O或2T

优选地，步骤b中，所述共聚的反应时间为4～24小时，反应温度为70～110℃。

优选地，步骤b中，所述无水有机溶剂为无水甲苯或无水氯苯。

优选地，步骤b中，所述索氏提取依次采用的溶剂为甲醇、正己烷和氯仿。

第三方面，本发明涉及一种前述的N-酰基取代异靛蓝基的共轭聚合物在制备OFETs器件中的用途，所述共轭聚合物为主链共轭的可溶液处理的低LUMO能级的低能隙聚合物。