氰基取代苯撑乙烯衍生物设计合成与双极型场效应发光晶体管光电性质研究

In view of the current research on the principle of organic optoelectronic devices is not very clear, and the high performance organic crystals for ambipolar field-effect transistors (OFETs) is extremely scarce, the current project focuses on material synthesis, device fabricating and measurement based on phenylethylene derivates. With carefully designed multiple hydrogen bonds and π-π interaction, the derivates are trend to obtain as lamellar crystals when growth by physical vapor (PVT) method. The thiophene group was used to optimize the hole injection and transport ability of the cyano-substituted phenylethylene derivatives. By studying the crystal growth, photo-electronic and anisotropy properties of the phenylethylene derivates single crystals, the effects of different thiophene substitution sites on the hole injection of the materials and the effect of hydrogen bonds were also investigated. The researches will provide profitable idea for molecular design of high performance organic single crystals for ambipolar OFETs.

针对目前有机光电器件的原理的研究还不是很透彻，有机晶体的双极型场效应器件和有机电泵浦研究材料极其匮乏的现状，本项目以苯撑乙烯作为基本分子骨架，利用氰基的氢键与π-π相互作用构建具有二维生长特性的高质量有机晶体，利用氢键并利用多种分析手段对这些晶体的结构进行详细研究。通过构筑场效应晶体管结构研究这些晶体的光电性能和各项异性的特性，引入噻吩基团优化氰基取代苯撑乙烯衍生物的空穴注入和传输能力，明晰氢键网络体系与载流子注入性能之间的关系，研究不同的噻吩取代位点对材料空穴注入能力的影响，为高性能光电性质的有机单晶的分子设计提供较好的思路。

有机材料器件易于制备与加工，是一种可以实现超小型、低成本和具有高度灵活性的器件。有机材料因为自身稳定性的差异与限制，应当首先考虑用于低功率的器件。虽然目前有机二极管器件在显示等方面已经取得了长足的进步，但有机激光器，尤其是电泵的纯有机激光器件仍然是一个未曾解决的问题，有机电泵激光器的研究具有重大的科学意义与使用价值。.鉴于此，本项目的主要研究内容设计合成了新的苯撑乙烯类有机小分子，研究了这些有机小分子的晶体结构、光学性能、载流子迁移、复合及发光过程，初步寻找到了一些在晶体管中具有较低的光波导损失（(α = 9.65 × 10(−4) μm(−1)）、较高外量子效率（2.02%）和电-光能量转换效率（36.5 lm W(-1)）的有机小分子材料((2Z,2′Z)-3,3′-(naphthalene-2,6-diyl)bis(2-(thiophen-3-yl)-acrylonitrile)（β-NBTA）。此外，我们还利用场效应晶体管研究了晶体的结构与缺陷产生机制、以及缺陷对光电性能的影响。以两种相近单晶结构的有机材料（(2Z,2’ Z)-2,20 -(1,4-phenylene)bis(3-(thiophen-3-yl)-acrylonitrile) (α-PBTA) 和 (2Z,2’ Z)-3,3’-(benzo[1,2-b:5,4-b’ ]dithiophene-2,6-diyl)bis(2-(thiophen-3-yl)acrylonitrile) (β-DBPA)）为例，研究发现，有机晶体中分子间的距离越近，相互作用力越强，晶体中产生的缺陷数目就越少，载流子迁移率越高，相互之间存在明显的定量关系。通过对数据的分析发现，我们获得了极高的晶体质量的有机小分子晶体，缺陷密度不高于4.64 × 10(10) cm(-2)，结合材料的晶体结构，可以计算得到，在该晶体中，平均每1.82 × 10(4)个分子里最多产生一个缺陷。通过本项目的工作，项目负责人建立了材料的结构与性质间的定量关系，为高性能的有机光电晶体材料设计提供了有益的参考模板，有利于推进高发光高迁移有机光电材料及有机电泵激光的进一步向前发展。