高迁移率和高发光效率集于一身的有机半导体材料

1、在一种典型的有机n型半导体材料——苝酰亚胺分子的酰胺位和桥位上分别引入不同的取代基，系统研究了取代基化学结构对苝酰亚胺聚集态结构和光电性能的影响规律，结果发现：当取代基为柔性的烷基链或刚性取代基体积较小时，不会破坏苝酰亚胺分子间的pi-pi共轭，所得的苝酰亚胺薄膜具有较高的迁移率，但基本不发光；当取代基为空间位阻大的刚性取代基时，苝酰亚胺分子间的pi-pi共轭作用被破坏，发光效率提高，但迁移率下降。为解决这一问题，我们设计合成了一种新型苝酰亚胺分子——1,7-二(4-特丁基苯氧)-N,N’-二环己基-苝-3,4,9,10-四羧基二酰亚胺(TBPCHPDI)，即在酰胺位和桥位上分别引入两个环己基和两个4-特丁基苯氧基，发现TBPCHPDI晶体既有高的发光效率（荧光量子效率为0.32），又有高达1.8 cm2V-1s-1的电子迁移率，并通过分析TBPCHPDI的晶体结构，探明了产生上述现象的机制：由于刚性取代基——4-特丁基苯环是通过柔性的氧原子与苝环相连，苯环平面与苝环平面之间形成较大的二面角，引起相邻分子的苝环平面之间产生一个很大的横向位移，导致相邻苝环之间的pi-pi重叠面积只有6.5%，分子间的偶极—偶极相互作用几乎可以忽略，因此TBPCHPDI晶体的发光性质与单分子状态类似，荧光效率高；同时，在这种分子堆积方式中，相邻苝环之间的距离为3.47 Å，这么短的分子间距离有利于载流子的跳跃传输，所以TBPCHPDI晶体又具有高的电子迁移率。这一发现为开发有机电泵激光材料提供了新思路。2、设计合成了几种基于吡咯并吡咯二酮（DPP）的有机小分子和高分子电荷传输材料，特别是DPP与噻唑单元共聚的聚合物，是一种性能优越的双极性材料，空穴和电子迁移率分别为0.92和1.02 cm2V-1s-1，这一发现为开发高性能有机半导体材料提供了新思路。