可控的低温热交联反应在高分子栅绝缘层材料研究中的应用

The research on organic field-effect transistor has progressed rapidly in recent years. More attention has been shifted to gate dielectric materials. High-performance, low-temperature and solution-processed polymer gate dielectrics is now considered a prerequisite to commercialize OFET-based devices. There are significant progresses in the field of controllable, low-temperature, cross-linking chemistry in past three years. New mild reactions have been developed for cross-linking fine and delicate polymer systems. Cross-linked polymers containing network structures have shown improved chemical stability and solvent resistance. Cross-linked polymer insulators have shown higher capacitance and better dielectric properties than uncross-linked polymers. This project will apply the new methods of controllable, low-temperature, cross-linking chemistry in the synthesis and the study of dielectric materials for solution processed flexible OFET devices.

随着有机场效应晶体管（OFET）研究的快速发展，高分子栅绝缘层材料越来越受到重视，高性能、溶液制备、低温加工的高分子栅绝缘层材料被认为是实现OFET产业化的先决条件之一。近三年来, 可控的低温热交联方法研究取得了比较大的进展, 这些进展为温和地交联精细和容易损坏的高分子体系提供了可靠的途径。交联的高分子材料能形成超薄和致密的薄膜，提高材料的电容特性、化学稳定性和耐溶剂性，交联的高分子绝缘层在OFET器件中表现出好的电容和介电性能。本项目结合近年来高分子热交联研究的最新进展，针对溶液方法制备有机场效应晶体管（OFET）器件的综合要求，通过研究高分子栅绝缘层材料的热交联化学，争取实现高性能、溶液制备、低温加工的高分子栅绝缘层材料。

近年来，有机光电材料的研究快速发展，这些新材料在下一代移动和可穿戴电子设备中有着广泛的应用前景。随着有机场效应晶体管（OFET）研究的发展，高分子栅绝缘层材料越来越受到重视。高性能、溶液制备、低温加工的高分子栅绝缘层材料被认为是实现OFET 产业化的先决条件之一。交联能显著提高高分子绝缘材料的介电性能和耐溶剂性。在本基金的支持下，我们开展了交联高分子栅绝缘层材料的研究工作，工作的重点是在能低温加工、具有耐溶剂和良好介电性能的高分子薄膜。主要的发现和成果是（1）高分子栅绝缘层的热交联可以通过炔和叠氮的热点击化学在100℃实现，交联显著提高了材料的介电性能，交联后的高分子栅绝缘层具有很好的耐溶剂性，薄膜的表面比较平整，与有机半导体材料的相容性好，在OFET中应用取得了比较好的器件性能。（2）使用共混型炔和叠氮交联剂，不需要对高分子材料本身进行功能化，避免了繁复的化学合成；这种交联方式可以显著地提高材料的介电性能。（3）使用UV-LED 光源和双二苯甲酮可以直接交联聚甲基丙烯酸酯绝缘层，无需事先对高分进行功能化，实现耐溶剂的高分子绝缘层薄膜。（4） UV-LED 光源和双二苯甲酮的交联方法可以用来交联高分子空穴传导层，这种方法应用在量子点发光器件中取得了比较好的性能。另外，在本基金的支持下，我们合成了一系列新的共轭高分，主要是异靛蓝类新单体的设计和合成，新的高分子在高分子光伏器件中取得了好的光电转换效率。. 在本项目的支持下，我们开展了高分子栅绝缘层的研究。到目前为止，共发表了SCI论文17篇。工作对新交联反应的特点进行了深入研究，这些研究成果对高介电性能和耐溶剂的高分子薄膜材料的设计和应用具有比较重要的指导和借鉴作用。