[发明专利]四氯代二噻吩乙烯、聚合物及合成方法和有机薄膜晶体管应用

说明书

本发明提供了四氯代二噻吩乙烯、聚合物及合成方法和有机薄膜晶体管应用；四氯代二噻吩乙烯的合成步骤较少，成本较低，并且具有高直接芳基化反应活性，通过直接芳基化聚合制备共轭聚合物半导体材料。含四氯代二噻吩乙烯的共轭聚合物可用于制备有机薄膜晶体管器件，该聚合物有利于电荷的传输，从而获得可以满足工业应用要求的迁移率性能。有机薄膜晶体管器件均表现出双极传输或n型传输性能。双极传输性能有机薄膜晶体管器件的电子和空穴迁移率最高值超过1.7cm²/V·s和0.8cm²/V·s，n型传输性能的有机薄膜晶体管电子迁移率最高值超过1.2cm²/V·s。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，更具体地说，涉及含有氯代噻吩化合物的聚合物半导体材料和有机薄膜晶体管。

背景技术

有机薄膜晶体管(OTFT)在柔性显示、射频识别标签、传感器等方面有重要的应用。OTFT的活性层部分是有机半导体层，通常由共轭聚合物构成。共轭聚合物半导体材料具有可溶液加工、性质可通过分子裁剪进行调节等特点。根据材料传输的载流子种类的不同，聚合物半导体材料可以分为传输空穴的p型材料，传输电子的n型材料和既能传输空穴也能传输电子的双极型材料。就目前的研究现状而言，p型材料的发展较为领先，p型聚合物的种类繁多且OTFT迁移率已经超过10cm²/V·s。相比而言，双极型和n型聚合物的发展相对滞后，材料种类较少，亟待进一步的研究与发展。另一方面，在未来实际应用过程中，需要降低聚合物半导体材料的制备成本，简化制备工艺也是十分重要的因素。因此，设计和发明新的高迁移率、制备成本较低制备方法简便且迁移率满足应用要求的双极型和n型共轭聚合物材料具有重要意义。

(E)-1,2-双(噻吩-2-基)乙烯(TVT)常用于构建p型共轭聚合物，与吡咯并吡咯二酮单元共聚，可得到空穴迁移率为8.2cm²/V·s的聚合物(Adv.Mater.,2012,24,4618)。研究表明，在聚合物主链中引入缺电子的基团或原子可以有效降低聚合物的最高未占据轨道(LUMO)和最高被占轨道(HOMO)能级，制备双极型或n型半导体材料。例如，在TVT中引入氟原子，得到(E)-1,2-双(3,4-二氟噻吩-2-基)乙烯(4FTVT)，基于4FTVT与二噻吩吡咯并吡咯二酮的双极型聚合物的空穴和电子迁移率分别达到2.66和7.90cm²/V·s(Macromolecules,2018,51,8752)。尽管基于4FTVT的双极型聚合物具有高迁移率，但是，上述氟代噻吩化合物4FTVT的合成步骤繁琐、成本高且难度较大，不利于未来的实际生产应用。相比之下，氯原子同样具有强吸电子特性，氯代噻吩化合物也具有制备双极型或n型聚合物的可能，并且氯代噻吩化合物的合成更为简便且成本较低，在降低聚合物的制备成本与简化制备工艺方面具有巨大优势。然而，基于含氯代噻吩化合物的共轭聚合物半导体材料的有机薄膜晶体管还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低、合成简单的化合物，并用其制备新的双极型或n型共轭聚合物，用于制备有机薄膜晶体管，丰富双极型或n型共轭聚合物的种类，同时降低聚合物的制备成本，简化制备工艺。已有的氟代噻吩化合物的合成方法复杂且成本较高，氯代噻吩化合物的合成方法简单且成本较低。运用氯代噻吩化合物制备双极型或n型共轭聚合物，可以达到降低聚合物制备成本，简化制备工艺的目的。所得聚合物可用于制备有机薄膜晶体管。

本发明的目的是提供合成方法简单且成本较低的氯代噻吩化合物，用其制备双极型或n型共轭聚合物，用于制备有机薄膜晶体管。

为实现以上目的，采用以下技术方案：

一种四氯代二噻吩乙烯化合物(E)-1,2-双(3,4-二氯噻吩-2-基)乙烯(简称为四氯代二噻吩乙烯)；其结构式如(I)所示的：

由四氯代二噻吩乙烯为共聚单元聚合得到四氯代二噻吩乙烯聚合物结构如式(II)所示：