[发明专利]精准氧杂并苯功能分子材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一类氧杂并苯功能分子的有机半导体材料，该类有机功能材料为一系列氧杂并苯功能分子。该类化合物具有独特的线性π电子离域特性，有利于载流子的传输，并获得更高的稳定性，是一类独特的有机半导体材料。此外，本发明还介绍了一种一锅法制备氧杂并苯功能分子材料。该方法合成简单、操作容易、产率高等特点。本发明提供的所述的有机半导体材料在有机光电子学、有机场效应晶体管、有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别涉及有机场效应晶体管(OFETs)的有机半导体材料。

背景技术

多并苯芳烃(polyacenes)是一类线性并芳香环碳氢化合物。其具有独特的线性π电子离域特性(linear delocalizedπ-system)，是一类独特的有机半导体材料。多并苯化合物能够实现高度有序的分子堆积，因此，能够被应用于大规模功能器件中。高性能多并苯类材料的合成及应用已取得显著进展，多并苯化合物被作为研究最广泛的有机π功能材料之一，可应用于有机染料、有机场效应晶体管(OFETs)，有机光伏器件(OPV)，有机发光二极管(OLED)和有机存储器等多个领域。尤其在有机场效应晶体管(OFETs)应用领域，多并苯类材料已发展成为OFETs的主要材料。

近年来，随着有机导电聚合物的发展，无机场效应晶体管已经接近小型化的自然极限，而且价格较高，在制备大表面积器件时还存在诸多问题。因此，人们自然地想到利用有机材料作为场效应晶体管(FET)的活性材料，其中无机场效应管的绝缘层、半导体和栅极都开始有人尝试用有机物来进行替代，从而发展成一种新型的有机薄膜场效应晶体管(OFETs)。有机场效应晶体管(OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比，由于其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究，在有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等具有潜在而广泛的应用前景。有机薄膜场效应晶体管具有下述主要优点：①有机物易于获得，有机场效应管的制作工艺也更为简单，因而能有效地降低器件的成本；②有机材料制备的场效应晶体管呈现出非常好的柔韧性，良好的柔韧性进一步拓宽了有机场效应晶体管的使用范围；③以有机聚合物制成的有机场效应晶体管，其电性能可通过对有机分子结构进行适当的修饰(在分子链上接上或截去适当的原子和基团)而改变材料的各种性能。

有机薄膜晶体管制备最关键的步骤是有机半导体层的形成。器件特性和性能的好坏一定程度上取决于有机半导体的分子结构。其中氧杂多并苯化合物具有独特的线性π电子离域特性以及有序的分子结构能使有机共轭分子的π键在源漏电极方向上得以最大程度的重叠，从而提高载流子的传输。同时，氧杂并苯也有利于降低分子的HOMO能级，有利于解决有机半导体稳定性的难题。而氧杂的方式对功能材料的影响极大，因此，探索精准氧掺杂的有机功能分子的制备技术，对有机薄膜场效应晶体管器件性能的改善起着关键性的作用。

发明内容

为探索新的有序分子有机薄膜场效应晶体管制备技术，本发明提供了一类氧杂并苯功能分子(本发明也称为氧杂并苯类环化合物)，旨在提供一类性能优异的有机半导体材料。

本发明的第二目的在于，提供了所述的氧杂并苯功能分子的制备方法。

本发明的第三目的在于，提供了所述的氧杂并苯功能分子的应用。

一种氧杂并苯功能分子，包括由N个式1所述的结构片段通过2，3位键与6，7位键依次并合的多并芳香结构；多并芳香结构中的第一个结构片段的6位或7位为取代基Ra，取代基Ra的邻位为Rb；多并芳香结构中的最后一个结构片段的2，3位与苯环并合，且该苯环上带有取代基Rc，取代基Rc的邻位为取代基Rd；

Ra、Rc独自为羟基或烷氧基，优选为C₁～C₆的烷氧基；