含芴基团有机功能材料结构与性质研究

论文摘要

有机电子学是伴随着电子产业的发展而产生的一门新兴学科,它涉及有机导体、有机超导体、有机半导体和有机绝缘体等方面的研究,目前有机电子学的研究主要集中在有机半导体等领域,包括有机薄膜晶体管、有机电致发光显示器、有机太阳能电池、有机激光器、有机传感器和有机存储器等。目前有机电子学的研究仍处在发展中,有关有机材料的电子结构、电子迁移、能量传递、光电转换机理等仍然处于探索阶段,还没有形成公认合理的理论模型。噻吩类化合物用作有机半导体材料通常具有较好的载流子迁移率,但是这类材料的稳定性不好,而芴类化合物具有较高的稳定性,并且芴的C9位易被取代,综合考虑两种化合物的优缺点,制备和表征带有噻吩与芴基团的一系列化合物就成了本论文的研究目标,这类化合物可能具有较高的载流子迁移率和较好的热稳定性能。本论文采用经典的格式反应合成了一系列带有芴与噻吩基团的化合物—2,5-二（9-羟基芴）-噻吩（BHFT）、2,5-二（9-羟基芴）-[2,2’]联二噻吩（BHFBT）、2,5-二（9-羟基芴）-[2,2′:5′,2″]联三噻吩（BHFTT）,并采用核磁、质谱、元素分析等鉴定了化合物的结构,同时采用溶剂挥发法得到了化合物BHFBT和BHFTT的晶体。醌型化合物—2,5-二（9-烯基芴）-3,4-环硫戊烯（BFTQ）采用固态下加热的化学反应制得,可能因为化合物存在较多的热分解杂质产率很低,并且没有得到化合物的晶体。采用Stille反应合成了化合物—2,5-二（9-芴基）-噻吩（BFT）、9-9’-二芴（9-9’BF）和9-6-二芴（9-6BF）,但是由于反应副产物较多难以提纯,采用柱层析和重结晶的方法得到了化合物9-9’BF和9-6BF的晶体。化合物BHFBT、BHFTT、9-9’BF和9-6BF的晶体结构采用单晶X-射线衍射的方法测得,从化合物BHFBT和BHFTT的晶体结构可以看出:在化合物BHFBT的结构中,两个羟基在相反的方向,而在BHFTT的结构中两个羟基在相同的方向;并且噻吩单元和芴基团构成了很有意思的类似“车轴与车轮”的关系,在化合物中还存在较强的相互作用。从化合物9-9’BF和9-6BF的晶体结构可以看出化合物分子之间存在较强的相互作用。测试了溶液中各个化合物的紫外可见吸收和荧光发射光谱,从化合物BHFT、BHFBT和BHFTT的光谱图上可以看出:化合物BHFBT和BHFTT较化合物BHFT的最大吸收峰和荧光发射峰发生了红移,这说明化合物的共轭程度增加。采用紫外吸收边的波长和经验公式Eg=1240/λ计算得到的化合物的能级带隙与采用程序Gaussian03计算得到的数据相符合。从化合物的晶体结构和光学性能可以看出:化合物BHFBT和BHFTT有可能是性能优良的有机半导体材料。从化合物9-9’BF和9-6BF的紫外吸收和荧光发射光谱图上可以看出:溶液中化合物9-6BF的最大吸收峰的位置比化合物9-9’BF有较小的红移,化合物9-6BF的发射峰只有很弱的肩峰而9-9’BF存在两个尖锐的发射峰,化合物9-9’BF和9-6BF的发射峰都处于蓝光区且荧光较强,所以这两种小分子材料有可能用于蓝色发光器件。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机场效应晶体管的发展
• 1.3 有机薄膜场效应晶体管的结构
• 1.4 有机薄膜场效应晶体管的工作原理
• 1.5 有机场效应材料
• 1.5.1 p-沟道有机半导体材料
• 1.5.2 n-沟道有机半导体材料
• 1.6 有机薄膜场效应晶体管的制备技术
• 1.6.1 半导体薄膜制备
• 1.6.2 OFET加工
• 1.7 有机场效应晶体管的应用、存在的问题及展望
• 1.8 有机电致发光蓝光材料
• 1.9 本论文的主要内容
• 参考文献
• 第二章 化合物的合成与表征
• 2.1 分子设计
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 合成路线
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 仪器
• 2.3 化合物的表征
• 2.4 结果与讨论
• 参考文献
• 第三章 化合物的晶体结构与光学性质
• 3.1 引言
• 3.2 晶体结构测试仪器
• 3.3 化合物BHFBT的晶体生长与晶体结构测定
• 3.3.1 晶体生长
• 3.3.2 化合物BHFBT的晶体结构测定
• 3.3.3 化合物BHFBT的晶体结构讨论
• 3.4 化合物BHFTT的晶体生长与晶体结构测定
• 3.4.1 化合物BHFTT的晶体生长
• 3.4.2 化合物BHFTT的晶体结构测定
• 3.4.3 化合物BHFTT的晶体结构讨论
• 3.5 化合物9-9'BF与9-6BF的晶体生长与晶体结构测定
• 3.5.1 化合物9-9'BF与9-6BF的晶体生长
• 3.5.2 化合物9-9'BF与9-6BF的晶体结构测定
• 3.5.3 化合物9-9'BF与9-6BF的晶体结构讨论
• 3.6 光学性质
• 3.6.1 紫外吸收光谱
• 3.6.2 荧光发射光谱
• 3.6.3 光学性质总结
• 参考文献
• 第四章 总结与展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文及获得奖励
• 学位论文评阅及答辩情况表