[发明专利]一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用，其中，吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的化学结构通式为：其中，R为C1‑C60烷基；X为氧原子、硫原子和硒原子中的任意一种；Y为氢原子，氟原子和氯原子中的任意一种；Ar选自单键、C2‑C60烯基和C3‑C60杂芳环中的任意一种；n的取值为1‑50的整数。在该n型聚合物半导体材料中，噻吩酰亚胺作为基体具有优良的溶解性和缺电的分子结构，吡嗪环的引入加深了所述苯并噻吩酰亚胺的缺电性，使所制备的n型聚合物半导体LUMO能级更低，可调的光电性质更佳优异，在有机太阳能电池、有机场效应晶体管或有机热电领域具有优异的应用潜力。

技术领域

本发明涉及有机半导体技术领域，尤其涉及一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用。

技术背景

目前，基于有机共轭聚合物半导体材料由于其低成本、可溶液加工、大面积、柔性等特点可制备成可弯曲的电子器件，使得其无论在实际工业应用还是科研领域研究都引起了广泛的关注。尤其是在有机薄膜晶体管，有机热电以及有机太阳能电池领域。近几年来，p型(空穴)聚合物传输材料得到了很大的发展，并且在有机光电领域表现出优异的器件性能。而对于n型(电子)有机聚合物半导体材料来说，由于强拉电子基团的引入通常导致化学合成难度增加，同时带来较大的空间位阻效应，致使n型材料发展远远落后于p型材料。但是高性能的n型聚合物半导体材料在有机热电材料，全聚合物太阳能电池中都起到了至关重要的作用。因此，迫切的需要开发出高性能的n型聚合物半导体材料。而发展高性能的n型聚合物需要开发高度缺电子的构建单元，目前主要是萘二酰亚胺(NDI)，苝二酰亚胺(PDI)和双噻吩酰亚胺(BTI)为主。但是基于NDI，PDI的聚合物因其扭曲的骨架限制了其载流子迁移率以及在近红外区域的吸收。对于BTI类聚合物，虽然其具有好的平面结构，但是其LUMO能级相对较高，容易表现出p型特性。

因此，开发一种具有较好的平面结构，优良的溶解性和高度缺电的分子结构的噻吩酰亚胺类聚合物至关重要。

现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料及其制备方法与应用，旨在解决现有现有n型聚合物半导体材料LUMO能级较高、光电性质较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，其化学结构通式为：其中，R为C1-C60烷基；X为氧原子、硫原子和硒原子中的任意一种；Y为氢原子，氟原子和氯原子中的任意一种；Ar选自单键、C2-C60烯基和C3-C60杂芳环中的任意一种；n的取值为1-50的整数。

所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，所述Ar选自如下化学结构式中的任意一种：

其中，化学结构式中的虚线代表基团的连接键，R'为C1-C60烷基直链或者烷基侧链。

所述的吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料，其中，其化学结构式为以下中的一种：

一种吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料的制备方法，其中，包括步骤：

将化合物11锡化合物以及钯类催化剂混合，在惰性气氛下，第一次加热至第一预定温度反应第一预定时间；再第二次加热至第二预定温度反应第二预定时间，最后第三次加热至第三预定温度反应第三预定时间，得到反应产物，其中，所述第三预定温度第二预定温度第三预定温度；

待所述反应产物冷却后依次进行过滤和索氏提取，制得所述吡嗪稠和噻吩酰亚胺基n型聚合物半导体材料。