[发明专利]纳米格子与纳米聚合物格子材料及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于有机/聚合物半导体材料技术领域，具体涉及可溶有机孔状格子和纳米聚合物格子半导体材料及其制备合成方法，并涉及这些材料在传感、有机电存储、有机电致发光、有机光致发光、光伏电池、有机非线性光学、和有机激光等领域的应用。

背景技术

自1987年美国柯达公司邓青云博士研究小组[Tang,C.W.；VanSlyke,S.A.Appl.Phys.Lett.1987,51,913.]和1990年英国剑桥大学Burroughes等人[Burroughes,J.H.；Bradley,D.D.C.；Brown,A.B.；Marks,R.N.；Mackay,K.；Friend,R.H.；Burn,P.L.；Holmes,A.B.Nature1990,347,539.]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(OrganicLight-emittingDiodes)和聚合物发光二极管(PolymericLight-emittingDiodes)以来，有机平板显示被认为是继液晶显示之后的又一代市场化的显示产品。与此同时，其他有机光电领域也发生着巨大的技术变革，包括有机场效应晶体管、有机太阳能电池、非线性光学、光电传感和激光等。有机塑料电子产品的优势在于材料制备成本低、器件制备工艺简单、可制备柔性和大面积器件。因此，越老越多的国内外科学工作者对开发具有实用性的市场潜力新型有机光电功能材料都极为关注。

到目前为止，开发新型高度稳定的载流子传输或捕获材料以及发光材料成为提高有机电子、光子、电光以及光电器件效率和寿命关键因素。由于有机聚合物格子是一类多孔材料，具有独特性质，如比表面积大，介电常数低，导电率低和特殊光电化学和物理性能等，使得其在气体吸附、化学分离、多相催化和传感等领域具有良好的应用前景而备受关注。如何制备结构规整、性能优良的可溶性有机多孔聚合物是该领域的一大挑战。此前，有机多孔材料的合成主要是通过具有多反应点单体的耦合或者交联反应，但是这些方法普遍存在着以下问题：结构的不确定性、材料溶解性很差，难以对材料进行溶液加工；材料的稳定性比较差，制备工艺复杂，难以实现大规模制备等。

鉴于以上光电材料和多孔材料目前存在的问题，本文开发了一类新型结构的孔状纳米格子和多孔聚合物格子，提出了这类结构规整、性能优良的可溶有机多孔聚合物格子的制备方法。这类孔状纳米格子和多孔聚合物格子具有较大的比表面积、良好的溶解性以及热、电化学和光谱稳定性，并且可以通过调节格子和聚合物格子的电子能级来调控其吸收光谱和发光光谱，是一类非常具有应用前景的有机光电功能材料。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于开发一类纳米格子与纳米聚合物格子材料及其制备和应用方法，提出了这类结构规整、性能优良的可溶性有机多孔聚合物格子的制备方法。此外，指出了该类半导体材料在有机场效应晶体管存储器、有机发光二极管、有机太阳能电池和爆炸物检测等光电领域的应用。

技术方案：本发明的一类纳米格子，该纳米格子具有刚性几何结构，其结构如结构通式I：

结构通式中由至少四个芳烃或者含杂原子芳烃类结构构成，Y为Cl，Br，I。

该纳米格子优选芴类结构，纳米格子具有如下结构：

式中：W为C或N，Y为Cl、Br或I，Ar₁～Ar₄为以下结构中的一种：

Ar₅和Ar₆为具有两个反应活性位点的富电子结构的芳烃及其衍生物，Ar₅与Ar₆为以下结构中的一种：

以上各式中R₁-R₉为氢或具有1至22个碳原子的直链、支链或者环状烷基链或其烷氧基；X原子为O，S或Se。

本发明的一类纳米聚合物格子材料，其聚合单体即纳米格子具有刚性几何结构，具体纳米聚合物格子结构如结构通式Ⅲ：

结构通式中代表聚合物重复单元，由至少四个芳烃或者含杂原子芳烃类结构构成，n为1～300的自然数。

所述纳米聚合物格子材料的格子优选芴类结构，纳米聚合物格子材料具有如下结构：

式中：n为1-300；W为C或N，Ar₁～Ar₄为以下结构中的一种：