芘类聚合物半导体能级调控、薄膜微结构与光电器件

本项目围绕"芘类聚合物半导体能级调控、薄膜微结构与光电器件"这一主线展开研究工作。设计、合成和纯化一系列n型和p-n型芘类聚合物半导体材料，调节材料的HOMO/LUMO能级；对于特定的聚合物体系，结合理论模拟，考察其中的π-π堆积、供体－受体、氢键等弱相互作用和液晶、手性诱导等效应对分子堆积特性的影响，进而初步探索成膜物理化学过程对固体薄膜微结构的影响规律；在上述基础上，确定出最佳成膜工艺，测定薄膜的本征光电特性，结合对材料固体能级的测定，确立分子结构、HOMO/LUMO能级、薄膜发光效率和本征迁移率的对应关系。最后制备和优化发光器件和薄膜晶体管，研究在光电场作用下，半导体薄膜界面和膜与电极界面的稳定性和物理机制，确立芘类聚合物分子结构、成膜工艺、薄膜微结构、光电性能和高性能器件之间的相互关系，为塑料电子学向微观方向纵深发展提供一定的科学基础。

本项目围绕“芘类聚合物半导体能级调控、薄膜微结构与光电器件”开展工作，在材料、器件、谱学方法和仪器设备等13个研究内容上取得了进展，可简单总结为九个方面的研究结果。他们分别是：1）芘-芴共轭聚合物的制备与光电器件，探索共轭和非共轭的芘对聚合物性能的影响；2）设计合成了以芘为核的星状大分子寡聚芴，它们具有独特的光学性能，并且有很好的成膜性，可以用于旋涂光电器件的制备，我们分析了以芴四取代芘的材料的电子结构，并且和寡聚芴进行了对比，得到一些规律；3）合成了四芴炔基取代的四臂芘类化合物，材料的各项光谱、热学、电学、薄膜和光电器件性能正在研究中；4）设计、合成和表征了9位芘取代的三联芴，测试数据和模拟数据都显示芴9位的芘对分子能级有重要贡献，芴9位芘的取代导致材料的空穴注入和传输能力得以提高，初步的三层结构器件数据表明PTF3有潜力作为蓝光OLED的发光材料；5）设计、合成和表征了芘双取代的设计和合成了9,9-二芳基芴双取代芘的衍生物，在系统比较的前提下，我们提出了 超共轭效应的概念，并将这种概念用于器件电流曲线的解释上；6）我们提出通过热力学数据估算芘 堆积的能量的方法，然后通过二级相变的理论，我们预测，为保证器件的稳定性，有机半导体发光材料的玻璃化温度应该大于或者至少接近200 oC；7）接下来我们制备了芘和吸电子基团共轭的寡聚物和高聚物，并对它们进行了光电性能的表征；8）为了研究有机聚合物半导体薄膜微结构的动力学过程，我们开始对电谱学方法和仪器进行研究，并取得了一系列的初步结果，在此基础上，在理论上设计了动态导纳谱学仪器和动态吸收光谱仪的框架；9）为了实现聚合物半导体的批量超纯化，我们开始了研制相关纯化仪器的初步工作，并研制出一台初步的样机。.基于以上工作，我们已经发表了论文6篇，申请并已经公开了国家发明专利5项，参加了两次学术会议，并发表有两篇会议论文，研制出一台用于批量纯化聚合物半导体的区域熔炼仪器，其他的更多数据正在整理，专利也正在申请过程中。为研究聚合物半导体的薄膜微结构形成动力学和获得超纯化的聚合物半导体，希望动态仪器和聚合物半导体的批量超纯化仪器能够得到进一步的经费支持。