苝类衍生物有机电子传输材料的研究

论文摘要

新材料是新科技革命的物质基础。随着有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池和有机场效应晶体管（OFET）等有机光电子器件的深入研究开发,迫切需要迁移率高、稳定性好和易加工的有机n型材料来支撑其发展。本论文从分子设计和材料设计入手,在传统的有机n型材料——苝酰亚胺和苯并咪唑苝分子上引入强电负性的氟原子,研究氟代作用对它们的光学性能、能级结构、聚集态结构、电子迁移率及其稳定性的影响规律;通过化学修饰,设计制备可溶液加工的有机半导体材料,研究复合半导体材料的协同增强效应,旨在获得电子迁移率高、稳定性好和易加工的有机半导体及其复合材料。 利用3,4,9,10-苝四羧基二酐（PTDA）和氟代一级胺的亲核反应,设计合成了系列新型的有机电子传输材料:N,N’-二（2-一氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（D2MFPP）,N,N’-二（3-一氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（D3MFPP）,N,N’-二（4-一氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（D4MFPP）,N,N’-二（2,4-二氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（D24DFPP）,N,N’-二（2,5-二氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（D25DFPP）,N,N’-二（2,4,6-三氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（DTFPP）,N,N’-二（3-三氟甲基代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（DTFMPP）,N,N’-二（2,3,4,5,6-五氟代苯基）-3,4,9,10-苝四羧基二酰亚胺（DPFPP）。通过元素分析和傅立叶变换红外（FTIR）等方法表征了它们的分子结构。 通过紫外.可见吸收光谱（UV-Vis）和循环伏安（CV）法研究了氟代对茈酰亚胺能级结构的影响规律,发现随着吸电子基团氟原子的引入,氟代苝酰亚胺的最低未占有轨道（LUMO）能级下降,引入的氟原子数越多,材料的LUMO能级越低;值得注意的是,氟代苝酰亚胺在CV曲线上两组氧化还原峰比O2的氧化还原峰还高,说明氟代苝酰亚胺是可以在空气中稳定存在的有机电子受体。 用UV-Vis吸收光谱、分子构象模拟、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段系统研究了在不同位置进行氟取代或者引入不同数目的氟原子,对氟代苝酰亚胺分子聚集方式的影响规律:对于单氟代苝酰亚胺而言,邻位氟

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 有机电荷传输材料
• 1.2 有机电荷传输材料的分类
• 1.2.1 有机p型（空穴）传输材料
• 1.2.2 有机n型（电子）传输材料
• 1.3 苝类衍生物在有机光电领域的应用
• 1.3.1 苝类衍生物在OPC的应用
• 1.3.2 苝类衍生物在OFET的应用
• 1.3.3 苝类衍生物在OPVC的应用
• 1.3.4 苝类衍生物在OLED的应用
• 1.3.5 苝类衍生物在有机光电领域的其他应用
• 1.4 有机电子传输材料的设计
• A）和离解势（I_P）'>1.4.1 电子亲和势（E_A）和离解势（I_P）
• 1.4.2 相邻分子电子云重叠
• 1.4.3 成膜性
• 1.4.4 化学纯度
• 1.4.5 稳定性
• 1.5 课题的提出和意义
• 参考文献
• 第2章 氟代苝酰亚胺的合成与性能研究
• 2.1 苝酰亚胺的合成
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 氟代苝酰亚胺的合成
• 2.1.3 其它苝酰亚胺的合成
• 2.1.4 苝酰亚胺衍生物的表征
• 2.2 氟代对苝酰亚胺能带结构的影响
• 2.2.1 有机／聚合物材料能带结构参数的确定
• 2.2.2 氟代作用对PTCDI带隙的影响
• 2.2.3 氟代作用对PTCDI的LUMO能级影响
• 2.3 氟代苝酰亚胺的分子聚集态结构
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 单氟代PTCDI的分子聚集态结构
• 2.3.3 多氟代PTCDI的分子聚集态结构
• 2.3.4 衬底温度对氟代PTCDI分子聚集态的影响
• 2.4 氟代苝酰亚胺的电子传输性能
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第3章 氟代苯并咪唑苝的合成与性能研究
• 3.1 氟代苯并咪唑苝的合成与表征
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.2 化学结构表征
• 3.1.3 BZP和FBZP的能级结构
• 3.1.4 BZP和FBZP的热稳定性能
• 3.2 苯并咪唑苝的聚集态结构
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 苯并咪唑苝的电子传输性能
• 3.3.1 FBZP的导电类型
• 3.3.2 氟代作用对OTFT器件性能的影响
• 3.3.3 氟代作用对器件空气稳定性的影响
• 3.3.4 表面处理对器件性能的影响
• 3.3.5 基片温度对器件性能的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 可溶液加工性的苝和酞菁类复合半导体的制备及其性能研究
• 4.1 可溶液加工的有机电荷传输材料的合成
• 4.1.1 苝四羧酸酯（PTAC）的合成
• 4.1.2 酯基取代酞菁铜的合成与表征
• 4.2 PTAC的性能研究
• 4.2.1 热稳定性
• 4.2.2 光学性质
• 4.2.3 聚集态结构
• 4.2.4 液晶行为
• 4.2.5 能级结构
• 4.2.6 光电导性能
• 4.3 可溶性苝／酞菁复合材料的制备及性能研究
• 4.3.1 酯基取代酞菁铜／苝四羧酸酯复合材料的制备
• 4.3.2 复合材料的光学性质
• 4.3.3 复合薄膜的聚集态结构
• 4.3.4 复合体系的电化学性质
• 4.3.5 双层光导体的制备
• 4.3.6 复合材料的光电导性能
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第5章 主要结论与创新点
• 攻读博士学位期间取得的科研成果
• 致谢
• 作者简历