[发明专利]一种基于哒嗪并吡咯二酮的A‑π‑A型共轭半导体聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可溶液加工的A-π-A型共轭聚合物半导体材料，具体的是一种基于哒嗪并吡咯二酮的A-π-A型共轭半导体聚合物及其制备方法。A-π-A型共轭聚合物具有较强的电子亲和性，应用于OTFTS中有望显示出单一的电子传输性能。

背景技术

近年来，以可溶液处理的共轭聚合物为基础的有机电子器件，因具有低重量、低成本、低制备温度、易于实现大面积制备和易弯曲等优点而成为研究的重点。在有机太阳能电池(OPVs)及有机场效应晶体管(OFETs)的应用中，n-型和p-型有机半导体材料都发挥着至关重要的作用，而设计和一种具有较强电子亲和力的共轭半导体聚合物仍然是一个关键的挑战。(参见文献Kim G.,Han A.R.,Lee H.R.,Lee J.,Oh J.H.,Yang C.Acceptor-acceptor type isoindigo-based copolymers for high-performance n-channel field-effect transistors.Chemical Communications,2014,17,2180.)。共轭聚合物中，缺电子部分的π-共轭单体为受体，受体的选择对优化材料的能级和吸收值至关重要，实际应用中，具有较高缺电子性的受体是构建高性能半导体共轭聚合物有效单元，例如，n-型有机场场效应晶体管材料，本体异质结(BHJ)结构太阳能电池中的光吸收材料。哒嗪并吡咯二酮(PPD)共轭单体具有很强的电子亲和性，能使聚合物获得低的最高占有轨道能级(HOMO)，不仅提高了聚合物的稳定性，在OPV中还能有效提高开路电压，因此，PPD单体是构建高性能半导体共轭聚合物的有效单元。基于哒嗪并吡咯二酮(PPD)的受体-受体(D-A)共轭聚合物具有很低的LUMO能级，作为电致变色材料，具有很好的光学对比度，较快的光转换速度。(参见文献

Ye Q.,Neo W.T.,Cho C.M.,Yang S.W.,Lin T.,Zhou H.,et al.Synthesis of Ultrahighly Electron-Deficient Pyrrolo[3,4-d]pyridazine-5,7-dione by Inverse Electron Demand Diels–Alder Reaction and Its Application as Electrochromic Materials.Organic letters,2014,16,6386.)。但是目前为止，还没有基于PPD共轭单元的有机场效应晶体管材料。因此，为了得到一种能够显示单一电子传输性能的有机半导体材料，本发明设计合成了一种基于双噻吩-哒嗪并吡咯二酮和苯并噻二唑的A-π-A型共轭聚合物，PPD单体上增加了两个噻吩单元，能够有效的增加聚合物的共轭长度，有利于形成紧密的分子内π-π堆积，从而提高迁移率。这种新型结构聚合物中包含两个电子受体单元，相对于D-A型聚合物，A-π-A型共轭聚合物具有更强的电子亲和力，能够获得高性能的、单一的n-型聚合物半导体材料；其次，通过调节PPD单元侧链，可以制备可溶液加工的目标共轭聚合物。因此这种新型A-π-A型共轭聚合物是理想的电子传输的有机薄膜晶体管半导体材料。

发明内容

本发明设计合成了一种新型A-π-A型共轭体聚合物，目的是提供一种应用于有机场效应管中的聚合物半导体材料及其制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明涉及一种基于双噻吩-哒嗪并吡咯二酮和苯并噻二唑的可溶性共轭聚合物，所述共轭聚合物的结构式为：

其中，R₁为C₈-C₂₄烷基链，R₂为H或者C₆-C₁₂烷氧基链，n≥1。

第二方面，本发明涉及一种制备前述的基于双噻吩-哒嗪并吡咯二酮和苯并噻二唑的半导体共轭聚合物的方法，包括以下步骤：以双噻吩-哒嗪并吡咯二酮双溴单体与苯并噻二唑二硼酸二(频哪醇)酯单体在Suzuki偶联反应条件下共聚，得到所述半导体共轭聚合物。

优选的，步骤中所述双溴单体和二硼酸二(频哪醇)酯单体结构如下式所示：

其中，R₁为C₈-C₂₄烷基链，R₂为H或者C₆-C₁₂烷氧基链。