溶液加工型高迁移率有机/高分子半导体材料的设计、合成与性能研究

有机薄膜晶体管（OTFT）是基本的开关元件，在通讯、传感、显示等领域具有巨大应用潜力，采用可溶性半导体材料通过旋涂打印等溶液加工方法是制备低成本、大面积和柔性电子器件的主要途径，因此，开发具有优异综合性能的溶液加工型高迁移率半导体材料具有重要意义。本项目以发展具有自主知识产权的新型高迁移率有机/高分子半导体材料为目标，在材料设计中引入自组装功能，发展高迁移率材料分子设计新概念和新方法，设计与合成具有自组装功能的盘状液晶、稠环化合物、一维和星状共轭齐聚物以及主链型和侧链型（尾接或腰接）高迁移率液晶聚合物材料。通过优化分子结构，实现分子能级结构和聚集态结构的控制，建立分子结构－加工方式－薄膜形貌－器件性能的关系，解决小分子材料成膜性差和聚合物薄膜有序度不高、稳定性差的问题，力争获得1-2种迁移率>1cm2/Vs、并兼具高稳定性和优异加工性、成膜性的高迁移率有机/高分子半导体材料。

本项目以发展溶液加工型高迁移率有机/高分子半导体材料为目标，从小分子高迁移率材料、齐聚物高迁移率材料以及聚合物高迁移率材料三方面开展研究工作。（1）在小分子高迁移率材料研究方面，设计与合成了三个系列具有良好成膜性的可溶性四烷基酞菁衍生物－外围四烷基取代酞菁氧钒、非外围四烷基取代酞菁氧钒和ABAB型四烷基取代酞菁氧钒/氧钛，发现烷基链的位置对材料的迁移率影响极大，其中ABAB型四烷基取代酞菁氧钛在晶体中具有最紧密的二维pi-pi分子堆积结构，迁移率最高，可达0.96 cm2/V•s，这一迁移率是目前溶液加工型盘状有机半导体的最高值；（2）在齐聚物高迁移率材料方面，设计与合成了四个系列基于芳香稠环单元的共轭齐聚物，发现不对称共轭齐聚物具有二维结晶特征，通过dip-coating方法在Si/SiO2基片上制备了厚度在~100 nm、横向尺寸>3 mm的单晶薄膜，单晶OTFT器件的迁移率可达0.70 cm2/V•s；（3）在共轭聚合物高迁移率材料方面，设计与合成了两种新型稠环芳香单元－二噻吩并[2,3-b:7,6-b]咔唑（DTC1）和二噻吩并[3,2-b:6,7-b]咔唑（DTC2），基于这两个单元制备了噻吩类共轭聚合物和给-受体（D-A）型共轭聚合物，其中，DTC2和联噻吩的共聚物的迁移率可达0.39 cm2/V•s，和DPP单元的D-A型共轭聚合物的迁移率达到1.36 cm2/V•s。.发表和接受论文19篇，其中，影响因子>4论文13篇，在Adv. Mater.和J. Am. Chem. Soc.发表论文3篇，一篇论文被Materials View网站评述；国际、国内学术会议邀请报告5次；授权中国发明专利1项，申请中国发明专利4项、国际（PCT）专利1项；培养博士研究生3名、硕士研究生2名。