《高遷移率和高發光效率集於一身的有機半導體材料》是依託浙江大學，由施敏敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高遷移率和高發光效率集於一身的有機半導體材料
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：施敏敏
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以數種典型的有機半導體材料，如苝醯亞胺、酞菁和低聚噻吩等，作為母體分子，在不同位置上引入不同數目、不同種類的剛性取代基，破壞原有分子的平面構型，阻礙分子之間相互靠近，抑制偶極－偶極相互作用，確保材料具有優越的溶解性和在聚集狀態下的高發光效率；同時，相對於柔性取代基，剛性取代基將大幅減少分子振動形式的數目，使分子內轉動受限，材料易結晶和實現高遷移率。初步探明具有空間位阻作用的剛性取代基對分子構型和構象、分子間相互作用力、固態下分子排列方式、能級等的影響規律，尋求與高發光效率－高遷移率相對應的聚集態結構存在的內外條件；獲得2~3種同時具有高遷移率和高發光效率的有機半導體材料，製備出有機光電原型器件，為有機半導體材料的分子設計和性能調控提供參考和依據，為提高有機發光器件的性能和實現有機電泵雷射提供新思路及材料儲備。
結題摘要
1、在一種典型的有機n型半導體材料——苝醯亞胺分子的醯胺位和橋位上分別引入不同的取代基，系統研究了取代基化學結構對苝醯亞胺聚集態結構和光電性能的影響規律，結果發現：當取代基為柔性的烷基鏈或剛性取代基體積較小時，不會破壞苝醯亞胺分子間的pi-pi共軛，所得的苝醯亞胺薄膜具有較高的遷移率，但基本不發光；當取代基為空間位阻大的剛性取代基時，苝醯亞胺分子間的pi-pi共軛作用被破壞，發光效率提高，但遷移率下降。為解決這一問題，我們設計合成了一種新型苝醯亞胺分子——1,7-二(4-特丁基苯氧)-N,N’-二環己基-苝-3,4,9,10-四羧基二醯亞胺(TBPCHPDI)，即在醯胺位和橋位上分別引入兩個環己基和兩個4-特丁基苯氧基，發現TBPCHPDI晶體既有高的發光效率（螢光量子效率為0.32），又有高達1.8 cm2V-1s-1的電子遷移率，並通過分析TBPCHPDI的晶體結構，探明了產生上述現象的機制：由於剛性取代基——4-特丁基苯環是通過柔性的氧原子與苝環相連，苯環平面與苝環平面之間形成較大的二面角，引起相鄰分子的苝環平面之間產生一個很大的橫向位移，導致相鄰苝環之間的pi-pi重疊面積只有6.5%，分子間的偶極—偶極相互作用幾乎可以忽略，因此TBPCHPDI晶體的發光性質與單分子狀態類似，螢光效率高；同時，在這種分子堆積方式中，相鄰苝環之間的距離為3.47 Å，這么短的分子間距離有利於載流子的跳躍傳輸，所以TBPCHPDI晶體又具有高的電子遷移率。這一發現為開發有機電泵雷射材料提供了新思路。2、設計合成了幾種基於吡咯並吡咯二酮（DPP）的有機小分子和高分子電荷傳輸材料，特別是DPP與噻唑單元共聚的聚合物，是一種性能優越的雙極性材料，空穴和電子遷移率分別為0.92和1.02 cm2V-1s-1，這一發現為開發高性能有機半導體材料提供了新思路。
