[发明专利]一类基于醌式化合物的共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用

说明书

本发明提供了一类基于醌式化合物的共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用。共轭聚合物结构式如下；本发明选取最高未占据轨道(LUMO)能级低、平面性好、刚性强的醌式芳香单元作为受体片段构筑给体‑受体(D‑A)型共轭聚合物。这类共轭聚合物被誉为第三代有机半导体材料，由于给受体间的偶极相互作用，可以加强聚合物链间的相互作用，形成紧密的π‑π堆积，因此具有较高的迁移率。从而使得本发明所提供的共轭聚合物材料具有空气稳定的双极传输特性，空穴和电子迁移率分别为0.56和0.82cm²/V·s。

技术领域

本发明涉及一类基于醌式化合物的共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用，属于有机功能材料领域和有机电子学领域。

背景技术

由于聚合物半导体材料可采用溶液旋涂、印刷、打印等加工手段制备低成本、大面积的有机场效应晶体管等电子器件，近年来备受关注。有机场效应晶体管的活性层部分是有机半导体层。随着新材料的开发和器件技术的成熟，共轭聚合物的载流子迁移率取得了长足的进步，达到了多晶硅的水平。

高迁移率共轭聚合物的发展可以分为3个阶段。早期用于有机场效应晶体管的共轭聚合主要集中在聚3-己基噻吩(P3HT)，但是P3HT的迁移率较低，在0.1cm²/Vs左右。第二阶段为含稠环单元的聚噻吩类衍生物，稠环单元的引入可以增加分子间的相互作用，加快分子间的电荷转移，从而体现出较高的迁移率，这类材料的载流子迁移率可以超过0.5cm²/Vs。给体-受体(D-A)型共轭聚合物被誉为第三代高迁移率共轭聚合物。由于给受体间的偶极相互作用，可以加强聚合物链间的相互作用，形成紧密的π-π堆积，因此具有较高的迁移率，目前这类的聚合物载流子迁移率已经超过了10cm²/Vs。对于这类聚合物而言，受体单元对于聚合物的载流子迁移率有着很大的影响。但是目前用于构筑D-A型共轭聚合物的受体单元相对较少，主要集中在萘酰亚胺、苯并噻二唑、异靛蓝、吡咯并吡咯二酮这几类受体单元。因此，开发出新的受体单元对于进一步提高聚合物的载流子迁移率非常重要。

具有醌式结构的化合物通常具有平面性好、最高未占据轨道(LUMO)能级低、分子间相互作用力强的特点，是一类重要的高迁移率材料品种。将其作为受体片段引入聚合物是构筑高迁移率共轭聚合物的潜在方法。但是传统的醌式化合物大多以双腈基为端基，难以引入聚合官能团合成共轭聚合物。因此，本发明人考虑，合成以芳香环为端基的醌式化合物，并在末端的芳香单元上引入聚合官能团，从而合成含醌式单元的共轭聚合物。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可聚合醌式单元，并以其为受体单元合成D-A型共轭聚合物，结合醌式结构和D-A型聚合物的特点，开发具有高迁移率的共轭聚合物。

本发明一方面提供一类基于醌式化合物的共轭聚合物，其结构通式如式(I)所示：

其中Ar₁为醌式芳香单元，Ar₂为共轭芳香单元，X为氟原子或氰基。n为聚合度，为5-50的自然数.

所述Ar1为以下醌式芳香单元中的任意一种：

其中R₁为直烷基链、支化烷基链或烷氧基链，烷基链结构通式如下：C_nH_2n+1，n为1-20的自然整数，烷氧基链结构通式如下：OC_mH_2m+1，m为1-20的自然整数。

所述Ar₂为以下芳香单元中的任意一种：