空气稳定的n型D-A有机分子/受体复合物的制备、结构及性能表征

It is still a great challenge in design and synthesis of n type organic semiconductors with high electron mobility and good air stability for the application of organic field-effect transistors and logical circuits. In order to avoid the complicated synthesis processes, we expect to develop a new approach of using the known and reported semiconductors to achieve air stability and high electron mobility: tuning the energy band and packing mode of the D-A molecules by inserting small acceptors to influence the electrical properties. Investigate the drive force during the solution-processed self-assemble of the D-A molecule (small molecule or polymer) and acceptor, which is supposed to be the charge-transfer (CT) interaction; deeply study the selectivity for acceptors in this case of the D-A small molecule or polymer; examine the complex to find unique CT absorption-band features that are polarized along the donor–acceptor interaction. Then characterize the prepared charge-transfer complex; fabricate the corresponding devices based on the complex crystal or crystalline thin film, measure the performance to get CT complex with good air stability and high electron mobility. We can establish new supramolecular model to gain an in-depth understanding of the structure−property relationship based on the experimental and theoretical study. This work will provide us new insights into the design and preparation of intelligent materials in need for high performance organic electronics and photoelectric devices.

设计合成具有高迁移率和高空气稳定性的n型有机半导体材料是有机场效应晶体管器件与应用研究的一个重大挑战。避免繁琐的合成过程，我们希望发展一种新的利用已有半导体材料来扩充相对较少的空气稳定的高电子迁移率材料的策略：通过加入小的受体分子来改变给-受体（D-A）分子能级及堆积进而影响其电学性能。研究D-A有机小分子或聚合物在与受体的溶液自组装过程中的驱动力(电荷转移为主)；深入探索D-A有机小分子或聚合物对受体的选择性；测试是否存在电荷转移作用下的价带变化引起的特定吸收峰。对其电荷转移复合物进行结构表征; 构筑相应的复合物单晶或晶态薄膜器件，进行性能测试,得到空气稳定的高电子迁移率电子转移复合物材料。通过建立新的复合物超分子模型，结合实验结果和理论计算研究，揭示结构与性能之间的关系，为实现有机半导体材料性能可控提供实验及理论指导。

自1986年Tsumura等人首次发明有机场效应晶体管(OFETs)以来，由于可大面积制备、好的机械柔韧性和超低成本电子产品在集成电路中的潜在应用，使其受到了全世界的关注。与无机半导体相比，有机半导体(OSCs)分子可以被设计和修饰以获得在电荷输运、光吸收、能级等方面具有优化性能的OSCs。这些优点不仅对于实际有机电子应用非常重要，而且能够帮助研究结构与性能之间的关系以进一步设计制备高性能的材料。考虑到n型和双极性OSCs在双极性晶体管和互补电路中起着重要作用，高性能的新型n型和双极性半导体材料的开发仍然是有机电子领域的重点。有机给受体复合物材料由富电子给体和缺电子受体结合而成，在分子材料光电子性能的调控中起着重要作用。共晶体中的电荷转移相互作用不仅使它们具有有序的三维超分子网络，而且使它们成为控制多组分固体中分子间相互作用的理想支架。我们以此为基础而设计合成高性能的基于给受体复合物的有机电子输运（n型）半导体材料及器件。. 我们通过使用不同溶剂的简易溶液处理方法实现了两种不同的1：1 coronene-F4TCNQ共晶的生长。与没有明显电荷输运的新共晶体2相比，基于微/纳米棒状的coronene-F4TCNQ共晶体1制备的OFETs具有较高的电子迁移率。. 通过合理的超分子设计合成并报道了具有不同化学计量比的三种功能性新型供体-受体复合物。这些独特的二元材料使用由两个单独的供体组成的给体通过简单的溶液蒸发方法制备，采用具有两条堆积柱的准-DADA-混合堆叠模式。通过将杂原子引入有机供体-受体复合物中的供体材料来实现电学特性调控，并导致了超分子结构的变化。. 成功地用一种简单可行的方法制备了由可溶性并五苯衍生物和DTTCNQ自组装成的新型超分子复合物。通过改变溶剂，得到了两种完全不同的共晶体。与二甲苯分子的插入稳定二元框架的共晶体P1相比，共晶P2形成了更加紧密的滑移堆积和定向的短接触相互作用，从而消除了DTTCNQ分子的无序性，并实现了n型传输。