[发明专利]一种2,2’‑二(苯并噻吩)乙烯聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及一种2,2’-二(苯并噻吩)乙烯聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用。

背景技术

以π-共轭的聚合物为半导体材料的聚合物场效应晶体管(Polymer field-effect transistors,简称PFETs)是一种通过电场来控制材料导电能力的有源器件，近年来取得了长足的发展。由于聚合物材料具有可溶液法加工、和塑料衬底有良好的兼容性等优良的特性，有望成为下一代柔性显示中电路的关键元器件，比如电子商标、智能卡、存储器、电子纸、传感器和有源矩阵显示器等方面，具有较高的应用前景和开发价值。

在PFET器件中起关键作用的是聚合物半导体材料，按载流子传输特性可分为p型(载流子为空穴)和n型材料(载流子为电子)。迁移率是衡量半导体材料性能最重要的参数。无机半导体材料中，无定形硅材料的迁移率在0.1cm²V^-1s^-1左右，如今，以并噻吩类材料制备的PFET能够达到甚至超出这个值。通过改变聚合物主链的结构，可以研究并发现新型的聚合物半导体材料(Lee et.al.,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,20713–20721；Hendriks et.al.,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,12130–12136；Kim et.al.,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,9477–9483；Ashraf et.al.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,1314–1321)。苯并噻吩作为一类常见的小分子化合物，常应用于制备有机半导体分子中。作为聚合物半导体材料的单体，苯并噻吩体系目前研究较少。一般认为，聚合物半导体分子需要一定的对称性，而苯并噻吩分子本身缺少这种对称结构。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种2,2’-二(苯并噻吩)乙烯聚合物及其制备方法。

本发明所提供的2,2’-二(苯并噻吩)乙烯聚合物，其结构式如式Ⅰ所示：

上述式Ⅰ中，R为C₁～C₆₀(进一步可为C₁₀-C₄₀或C₁₅-C₂₅)的直链或支链烷基，具体可为2-辛基十二烷基。

式Ⅰ所示2,2’-二(苯并噻吩)乙烯在聚合物主链上的取代位置为5,5’-位或者6,6’-位。

n为聚合度，n为5-30，如5-15。

本发明所提供的式Ⅰ所示2,2’-二(苯并噻吩)乙烯聚合物是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

(1)在亚磷酸三乙酯的作用下，将式IV所示化合物与式II所示化合物进行反应，得到式V所示化合物；

上述式II和式IV中，R₁为H，R₂为Br，或R₁为Br，R₂为H；

(2)在碳酸钾水溶液、钯催化剂以及膦配体作用下，将所述式Ⅴ所示化合物与式Ⅵ所示化合物反应，得到式Ⅰ所示化合物；

上述式Ⅵ中，R为C₁～C₆₀(如C₁₀-C₄₀，如C₁₅-C₂₅)的直链或支链烷基，具体可为2-辛基十二烷基。

上述方法步骤(1)中，所述式IV所示化合物与亚磷酸三乙酯、式II所示化合物的投料摩尔用量比依次为1.0：3-10：1.05-1.1。

所述反应的温度为25℃-110℃，时间为12～24小时。

所述反应在有机溶剂中进行。

所述有机溶剂具体可为四氢呋喃。

上述方法步骤(2)中，所述钯催化剂为四(三苯基膦)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯和二(二亚苄基丙酮)钯中的至少一种。所述配体为三苯基膦、三(邻甲苯基)膦和三(呋喃基)膦中的至少一种。

所述膦配体为三苯基膦、三(邻甲苯基)膦和三(呋喃基)膦中的至少一种。

所述式V所示化合物、式Ⅵ所示化合物、碳酸钾、钯催化剂和膦配体的投料摩尔用量比依次为0.95～1.05：0.95～1.05：3：0.01～0.10：0.02～0.20，优选为1.0：1.0：3.0：0.05：0.1。

所述反应的温度为100℃～110℃，时间为24小时～72小时。