[发明专利]二氟连二噻吩类聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用

说明书

本发明公开了一种二氟连二噻吩类聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用。二氟连二噻吩类聚合物的结构式如式I所示，其中n为5～100之间的自然数。本发明将氟原子引入至噻吩环上得到二氟连二噻吩(2FBT)，由于氟原子具有强的吸电子特性，原子半径小，与其它原子如氢原子或硫原子的相互作用也较强因此，氟原子的引入可以提高分子的平面性，促进分子堆积。以2FBT作为给体的聚合物具有较低的LUMO能级，传输层的电子注入较为容易，因而可以表现出双极性传输特性。本发明二氟连二噻吩类聚合物能够作为半导体材料层用于制备有机场效应晶体管。以本发明二氟连二噻吩聚合物为半导体层制备的有机场效应晶体管有较高的迁移率(μ)，在双极性OFETs中有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种二氟连二噻吩类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

有机场效应晶体管(Organic field-effect transistors,简称OFETs)是一种电压控制器件，它通过栅极电压调控源-漏电极间电流大小，有机半导体活性层是该器件的核心部分。相比无机场效应晶体管，有机场效应晶体管可溶液法加工，可大面积印刷制备柔性器件。有机场效应晶体管半导体层可以选用有机共轭小分子或共轭聚合物。聚合物由于具有更好的成膜性，种类更多，以聚合物作为半导体层来构筑OFETs是目前本领域的研究热点。

半导体层材料按其载流子传输特性可分为p型、双极性和n型材料，其载流子依次为空穴、空穴和电子、电子。目前聚合物半导体材料绝大部分是p型材料，这是因为聚合物中的吸电子受体如吡咯并吡咯二酮(即diketopyrrolopyrrole，简称DPP，Z.Yi.；S.Wang.；Y.Liu.Adv.Mater.2015,27,3589.)、异靛青等吸电子能力不强，其相应的聚合物LUMO能级较高，不利于传输层的电子注入。因此，需要得到更高性能的双极性材料需要对现有聚合物进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氟连二噻吩(2FBT)类聚合物及其制备方法与其在场效应晶体管中的应用，本发明研究了所制备的2FBT类聚合物的OFETs性能，结果表明该类聚合物是一类高性能的双极性材料。

本发明首先提供了式1或式2所示化合物：

式1和式2中，R为碳原子总数为1～60的直链或支链烷基。

R优选为4-癸基十四烷基。

式1和式2所示化合物可按照如下步骤制备：

1)在碳酸钾存在的条件下，6-溴靛红与碘代烷进行反应得到式3所示6-溴-1-烷基吲哚-2,3-二酮；

式3中，R为碳原子总数为1～60的直链或支链烷基；

所述反应在N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中进行，两者的体积比可为1：1；

2)在碳酸钾存在的条件下，6-溴-7-氟吲哚-2,3-二酮与碘代烷进行反应得到式4所示6-溴-7-氟-1-烷基吲哚-2,3-二酮；

所述反应在N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合溶剂中进行，两者的体积比可为1：1；

式4中，R的定义同式3；

3)式4所示6-溴-7-氟-1-烷基吲哚-2,3-二酮与水合肼经还原反应得到式5所示6-溴-7-氟-1-烷基吲哚-2-酮；

所述反应在1,4-二氧六环中进行；

式5中，R的定义同式3；