[发明专利]一种D-A型聚合物半导体材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种D-A型聚合物半导体材料及其制备方法与应用。 

背景技术

有机电子器件以其易加工、低成本、高适应性吸引了全世界学术界和产业界的目光，作为电子电路的最基本元素，有机场效应晶体管的发展更是成为当前研究的热点。 

材料是有机电子器件的基础和核心，如今部分有机半导体材料的性能已经达到与无机半导体相媲美的程度。例如并五苯（PAN）有机薄膜器件的迁移率也已超过5cm²V^-1s^-1（Kelley,T.W.;Muyres,D.V.;Baude,P.F.;Smith,T.P.;Jones,T.D.Mater.Res.Soc.Symp.Proc.2003,771,169.）。但是该材料在成本及稳定性上与无机材料相比仍有差距，所以设计合成具有工艺简单、成本较低、材料性能稳定和长寿命以达到商业化目的的有机半导体材料将会具有很广的应用前景。 

含噻吩类聚合物是一类有良好光电性能的有机材料，噻吩并[3,4-c]噻吩及其衍生物仅限于少量有关单体合成的报道，并且全部是小分子材料，事实上，以噻吩并[3,4-c]噻吩为核，可以制备一系列有机半导体光电材料单体，但是相关聚合物制备及其性能却未见报道。 

有机高分子材料以其易溶成膜，制备成本低，工艺简单尤其令人感兴趣,对这一领域的研究不仅具有理论价值,而且具有潜在的应用前景。现在市场研究及开发的主流是一维线性高分子材料，给体-受体型高分子材料是新的研究热点。 

发明内容

本发明的目的是提供一种D-A型聚合物半导体材料及其制备方法与应用。 

本发明所提供的一种D-A型聚合物，其结构式如式Ⅰ所示： 

式Ⅰ中，R₁、R₂和Ar均选自烷基、芳香基和由所述烷基取代的所述芳香基中任一种，所述烷基为碳原子数为1～16的直链或支链烷基，所述芳香基为苯基、芴基、噻 吩基、含氟苯基、含氮杂环基或含硅杂环基； 

基团A表示受体，其选自含氟苯基、苯并噻二唑基及其衍生物、吡咯基、吡咯并吡咯基及其衍生物； 

X和Y均选自S、O、N和Se中的任意一种； 

m为1～4之间的自然数； 

n为5～100之间的自然数。 

所述的聚合物中，所述噻吩基具体可为苯并噻吩基或二苯并噻吩基； 

所述含氮杂环基具体可为吡咯、咔唑、噻唑、噻二唑、吡啶或哌啶； 

所述含硅杂环基具体可为噻咯或苯并噻咯。 

所述的聚合物中，R₁为苯基或噻吩基；R₂为苯基或噻吩基；Ar为噻吩基； 

m为1，n为18～25； 

基团A为式a或式b所示基团； 

本发明提供的式Ⅰ所示聚合物的制备方法，包括如下步骤： 

（1）式Ⅱ所示甘氨酸化合物与式Ⅲ所示乙炔化合物经酰化反应得到式Ⅳ所示化合物； 

其中，R₁和Ar均选自烷基、芳香基和由所述烷基取代的所述芳香基中任一种，所述烷基为碳原子数为1～16的直链或支链烷基，所述芳香基为苯基、芴基、噻吩基、含氟苯基、含氮杂环基或含硅杂环基； 

（2）式Ⅳ所示化合物与P₂X₅进行反应得到式Ⅴ所示吡咯化合物； 

P₂X₅和式Ⅴ中，X选自O、N、S和Se中任一种；R₁的定义同式Ⅱ； 

（3）式Ⅴ所示吡咯化合物与式Ⅵ所示乙炔化合物经酰化反应得到式Ⅶ所示化合物； 

式中，R₁和Ar的定义同式Ⅱ，R₂选自烷基、芳香基和由所述烷基取代的所述芳香基中任一种，所述烷基为碳原子数为1～16的直链或支链烷基，所述芳香基为苯基、芴基、噻吩基、含氟苯基、含氮杂环基或含硅杂环基； 

X的定义同式Ⅴ； 

（4）式Ⅶ所示化合物经脱氨反应，或者经所述脱氨反应后重复步骤（2）、步骤（3）和步骤（4），得到式Ⅷ所示化合物； 

式Ⅷ中，R₁、R₂和Ar的定义同式Ⅶ；m为1～4之间的自然数；