功能导向梯形聚苯的设计与合成

论文摘要

梯形聚苯（LPPP）及其衍生物具有结构明确的刚性全共轭主链结构及一系列独特的光、电、热等方面性质,近年来这类材料在化学及物理相关领域都引起了广泛关注。LPPP被应用于光电领域的各类器件中,如电致发光器件、场效应晶体管、薄膜激光及光伏器件等。本论文以功能为导向设计并合成了几种具有新型结构的梯形聚苯,并对其光电性质进行了研究。工作主要包括以下几个方面:（1）将咔唑基团引入主链骨架结构中,提高了LPPP的空穴注入能力。由于全苯撑结构LPPP具有较低的HOMO能级,在电致发光过程中空穴的注入较难。我们将空穴注入与迁移能力较强的咔唑基团嵌入到LPPP的主链骨架结构中,成功制备了具有明确结构、高分子量、良好溶解性的含咔唑LPPP。电化学的分析表明含咔唑LPPP的HOMO能级相对于全苯撑结构的LPPP明显提高,空穴注入能力得到明显提升。（2）合成了具有热稳定性的螺芴-LPPP。由于梯形聚苯是一种主链由桥键连接的聚合物,桥键处易于发生氧化形成酮式缺陷,引起发光过程中的低能量发射。我们将具有高光/热稳定性的螺芴基元引入LPPP骨架结构中,合成了具有良好溶解性、主链由螺芴构筑的LPPP。该聚合物薄膜在空气条件下热处理结果表明120℃热退火24小时后,发射光谱依然稳定,聚合物材料表现出优异的热稳定性。（3）将环戊二噻吩（CPDT）引入LPPP主链骨架中,实现光谱的红移并研究其在光伏器件中的初步应用。梯形聚苯具有非常高的载流子迁移能力,由于材料的吸收光谱处于较高能量的吸收范围,与太阳光谱重叠较小,导致材料在光伏器件领域的应用受到限制。将CPDT基元引入到聚合物主链中,成功制备了一种具有良好溶解性,主链含有CPDT的梯形聚苯（LPPT）。LPPT的吸收光谱相对于经典的梯形聚苯明显红移,与受体材料PCBM进行1:1掺杂的光伏器件结果显示材料具有光伏器件中的潜在应用的价值。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 前言
• 1.1 梯形聚合物的发展
• 1.1.1 Diels‐Alder 加成反应制备梯形聚合物
• 1.1.2 多官能聚合的梯形聚合物
• 1.1.3 对单链前体闭环的梯形聚合物
• 1.2 梯形聚苯的性质与应用
• 1.2.1 光谱性质
• 1.2.2 载流子传输性质
• 1.2.3 电致发光与其他应用
• 1.3 桥键联苯结构中的缺陷与控制
• 1.3.1 聚集的解释及其存在的问题
• 1.3.2 酮式缺陷的产生机理
• 1.3.3 缺陷的控制以及稳定性的增强
• 1.4 梯形聚苯的衍生物
• 1.4.1 含有咔唑基元的梯形聚苯衍生物
• 1.4.2 含有螺芴基元的梯形聚苯衍生物
• 1.4.3 含有噻吩的梯形聚苯衍生物
• 1.5 论文的结构与设计思路
• 第2章 主链含有咔唑梯形聚苯的设计与合成——增强空穴注入能力
• 2.1 引言
• 2.2 含有咔唑基元梯形聚苯的合成
• 2.2.1 合成路线的确定
• 2.2.2 单体的合成
• 2.2.3 聚合物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 结构表征
• 2.3.2 热性质
• 2.3.3 光谱性质
• 2.3.4 电化学性质
• 2.3.5 电致发光性质
• 2.4 本章小结
• 第3章 主链含有螺芴基元梯形聚苯的合成与表征——抑制结构引起的酮式缺陷
• 3.1 引言
• 3.2 主链含有螺芴基元梯形聚苯（Spiro‐LPPP）的合成
• 3.2.1 合成路线的确定
• 3.2.2 单体的合成
• 3.2.3 聚合物的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.2 热稳定性
• 3.3.3 光谱性质
• 3.3.4 电化学性质
• 3.3.5 讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 含有环戊二噻吩窄带隙梯形聚苯的合成及表征——光谱的红移以及在光伏器件中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 含有环戊二噻吩（CPDT）基元梯形聚苯的合成
• 4.2.1 合成路线的选定
• 4.2.2 聚合物的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 结构表征
• 4.3.2 热稳定性
• 4.3.3 光谱性质
• 4.3.4 溶液中的自吸收效应
• 4.3.5 电化学性质
• 4.3.6 光伏性质
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验用试剂和检测仪器
• 5.1 实验用试剂和药品
• 5.2 实验用测试仪器与方法
• 参考文献
• 作者简历
• 发表论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract