[发明专利]一种调控吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物结晶取向的方法

说明书

本发明涉及一种调控吡咯并吡咯二酮类给体‑受体共轭聚合物结晶取向的方法，调控方法为：通过热退火或溶剂退火作用，使吡咯并吡咯二酮类给体‑受体共轭聚合物分子链在基底上形成平躺与侧立的转变。与现有技术相比，本发明对于实现共轭聚合物在多种结构器件的广泛应用具有很大的意义，通过聚合物分子链平躺到侧立的调控可以在多种类型器件有所应用，包括平面结构场效应晶体管、垂直结构场效应晶体管；提供调控给体‑受体共轭聚合物晶型的方法操作简单容易，避免复杂的分子结构设计。

技术领域

本发明涉及光电高分子材料领域，尤其是涉及一种调控吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物结晶取向的方法。

背景技术

共轭聚合物是科研领域的比较热门的课题，经过十多年的发展，共轭聚合物在分子结构设计和加工工艺都取得了重要进展，其构筑的场效应晶体管的性能已经明显提升。共轭聚合物的载流子迁移率性能不仅取决于组成共轭单元的分子结构，还与聚合物薄膜的结晶取向有关。高性能的共轭聚合物材料主要是基于电子给体-受体(D-A)类分子体系。噻吩作为比较常见的给体单元，吡咯并吡咯二酮类(DPP)是比较常见的电子受体单元，以吡咯并吡咯二酮类与噻吩共聚形成给体-受体共轭聚合物在有机光电器件领域广泛应用。

近年以来，给体-受体共轭聚合物的晶型调控引起很多研究人员的注意，以满足不同器件类型的要求。当共轭聚合物在基底上以侧立取向排列时，即共轭骨架平行于基底，有助于平面结构场效应晶体管的载流子运输(Adv.Mater.2016,28,9430-9438)。如果聚合物在基底以平躺取向时，即聚合物平面平行于基底会导致场效应晶体管载流子迁移率下降，但是有可能在垂直结构场效应晶体管的载流子迁移率提升，在有机太阳能电池器件中提升效率(Chem.Mater.2021,33,4541-4550)。因此，共轭聚合物侧立排列方式在平面结构的OFET中是比较理想的排列形式。目前的研究进展已经报道了很多方法去调控共轭聚合物在基底的排列方式，包括通过改变分子结构、分子量、规整度等方法。然而，目前调控聚合物侧立与平躺结晶取向的研究比较少，调控方法都是基于复杂的分子结构设计与表面基底改性，工艺比较复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种调控吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物结晶取向的方法，对于实现共轭聚合物在多种结构器件的广泛应用具有很大的意义，通过聚合物分子链平躺到侧立的调控可以在多种类型器件有所应用，包括平面结构场效应晶体管、垂直结构场效应晶体管。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的在于提供一种调控吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物结晶取向的方法，调控方法为：通过热退火或溶剂退火作用，使吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物(DPP3T)分子链在基底上形成平躺与侧立的转变。

进一步地，所述吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物的分子结构式为：

其中R是具有支化结构烷基侧链。

进一步地，所述吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物的数均分子量为18000-40000kg/mol。

进一步地，当通过溶剂退火作用时，所述吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物的烷基侧链密度与诱导结晶取向转变的分子数量呈正相关性。

进一步地，所述烷基侧链密度参考如下结构式的侧链密度较为适宜。

进一步地，所述的DPP3T共轭聚合物的结晶取向转变具有退火温度和时间依赖性，DPP3T共轭聚合物溶液的浓度通过改变DPP3T与溶剂的配比来控制。

进一步地，调控结晶取向的过程包括：

通过热退火方式使吡咯并吡咯二酮类给体-受体共轭聚合物形成侧立取向；