吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機半導體材料技術領域，具體涉及一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩 聚合物及其制備方法與其在場效應晶體管中的應用。
【背景技術】
[0002] 場效應晶體管（FieldEffectTransistor,簡稱FETs)是利用電場效應來控制半 導體中電流大小的一種有源電子器件。目前廣泛使用的該類電子器件都是以傳統的無機半 導體材料諸如硅、鍺、鎵、以及它們的衍生物為核心材料制備得到。這些無機材料和器件性 能優越，有力地推動了全世界科技、經濟、社會的發展和人類進步。但是由于傳統的半導體 材料礦產資源日益枯竭以及所需單質純化過程中帶來的嚴重環境污染和巨大的水、電能消 耗，人們迫切需要新的高性能和質優價廉的半導體材料來代替它們。基于JT-共軛結構的 有機半導體材料由于其可預期的優越性能和潛在的應用前景受到了科技和學術界的廣泛 關注。近些年來，國內外的研宄機構和大型跨國公司分別傾注了大量的精力和資源從事高 性能有機半導體材料的研發工作，目前在新材料研發和器件構筑方面取得了較大的進展。 但總體來講，已有的有機半導體材料依然不能能夠滿足實際需要。這種現狀給該領域的科 技人員和機構提出了更高的研宄目標，也給國內研宄機構開發具有原創性、高性能的有機 半導體材料、占領世界科技與經濟高峰提供了諸多機遇。
[0003] 顧名思義，聚合物場效應晶體管（Polymerfield-effecttransistors,簡稱 PFETs)是以ji-共軛高分子材料為半導體層的晶體管器件。聚合物半導體材料除了具有有 機半導體材料的共同優點諸如物理化學性質的可調控性和合成成本較低外，還具有成膜性 優良、柔韌性好，可以大面積制備電子器件等特性。聚合物半導體材料的這些結構與性能特 點為它們的廣泛實際應用打下了良好的基礎。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的之一是提供一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法。
[0005] 本發明所提供的吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物，其結構式如式I所示：
【主權項】
1. 式I所示聚合物：
上述式I中，R1和R2均獨立地選自下述任意一種：c ^C12tl的直鏈或支鏈烷基； R3和R4均獨立地選自下述任意一種=C1-C6tl的直鏈或支鏈烷基； η為聚合度，η為10-3000。
2. 根據權利要求1所述的式I所示聚合物，其特征在于：所述R 1和R2均獨立地選自下 述任意一種：Cltl-C4tl的直鏈或支鏈烷基； R3和R 4均獨立地選自下述任意一種=C1-Cltl的直鏈或支鏈烷基； η 為 20-1000。
3. -種制備權利要求1所述的式I所示聚合物的方法，包括下述步驟： (1) 在惰性氣氛中，將式II所示化合物、式III所示化合物和式IV所示化合物進行反應， 得到式V所示化合物；
上述式II中，R3和R4均獨立地選自下述任意一種：c ^C6tl的直鏈或支鏈烷基； 式III 中，1?5為 C「C6直鏈或支鏈烷烴、[(CH 3) 2CH] 2N 或[(CH3CH2) 2CH] 2N ; 式IV中，1?6為C ^C6直鏈或支鏈烷烴； (2) 在惰性氣氛中，在鈀催化劑以及膦配體作用下，將式V所示化合物與式VI所示化合 物進行反應，得到式I所示化合物；
上述式VI中，R1和R2均獨立地選自下述任意一種：c ^C12tl的直鏈或支鏈烷基。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（1)中，式II所示化合物與式III所示 化合物和式IV所示化合物投料摩爾用量比依次為I :2. O~6. O :2. O~6. O ; 所述反應的溫度為-80°C~25°C，時間為2小時~48小時； 所述反應在有機溶劑中進行； 所述溶劑為1，4-二氧六環、四氫呋喃和乙醚中的至少一種。
5. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（2)中，所述鈀催化劑為三（二亞芐 基丙酮）二鈀、四（三苯基膦）鈀、二（三苯基膦）二氯化鈀、二（二亞芐基丙酮）鈀中的 至少一種； 所述膦配體為三（鄰甲苯基）膦、三苯基膦、三（呋喃基）膦中的至少一種。
6. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（2)中，所述式V所示化合物與式VI 所示化合物、鈀催化劑和膦配體的投料摩爾用量比依次為1 :〇. 95~1. 05 :0.0 l~0. 20 : 0. 02 ~0. 20 ; 所述反應的溫度為60°C~150°C，時間為24小時~48小時； 所述反應在有機溶劑中進行； 所述溶劑為四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲苯和氯苯中的至少一種。
7. 權利要求1所述的式I所示聚合物在制備有機場效應晶體管中的應用。
8. -種有機場效應晶體管，其半導體層由權利要求1所述的式I所示聚合物制成。
【專利摘要】本發明公開了一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法與其在場效應晶體管中的應用。所述吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物結構式如式Ⅰ所示。R1和R2均獨立地選自下述任意一種：C1-C120的直鏈或支鏈烷基。R3和R4均獨立地選自下述任意一種：C1-C60的直鏈或支鏈烷基。本發明還提供了式Ⅰ所示聚合物的制備方法。本發明的合成路線簡單高效，原料易得，宜于大規模合成。以本發明的吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物為有機半導體層制備的場效應晶體管的遷移率和開關比都比較高，遷移率最高為2.0cm2V-1s-1，開關比為105。本發明的聚合物在有機場效應管器件中有良好的應用前景。。
【IPC分類】C08G61-12, H01L51-30
【公開號】CN104761706
【申請號】CN201510155087
【發明人】張衛鋒, 毛祖攀, 黃劍耀, 高冬, 陳智慧, 于貴
【申請人】中國科學院化學研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月2日