多并异靛蓝类n-型共轭聚合物的合成及其电子传输特性研究

N-type conjugated polymer is an important part of the logic complementary circuits. The lack of the high-performances, easy-processed, and environment-stable n-type conjugated polymer is one of the bottleneckes in organic electronics. This project is aimed at design and synthesis of a serial of high performance and stable n-type conjugated polymers with low LUMO energy level, highly planar structures based on poly-fused isoindigo units. By changing the number of the fused isoindigo units, the substituent and the heteroatoms, the influence of the structure transitions on the planar structures, the molecular packing and the crystal structures can be investigated. This work will explore the chain conformation and the packing mechanism of the poly-fused isoindigo conjugated polymers in solutions, develop the control method of the condensed state with high charge transport properties, reveal the mechanism of the electronic transport characteristics in the conjugated polymers, and establish the internal relations between the molecular structure-film morphology-charge transport properties. The design of the isoindigo derivatives is of significance in the development of the new n-type organic semiconductor materials.

n-型聚合物半导体是构造逻辑互补电路的重要组成部分。本项目针对缺乏高性能、易加工、环境稳定的n-型聚合物半导体的瓶颈问题，拟设计并合成一类具有大π共轭结构的多并异靛蓝受体单元，运用合适的聚合策略，制备低LUMO能级、高共平面性的共轭聚合物材料，以实现高效、稳定的电子传输性能。通过改变稠合异靛蓝的数目、引入取代基和杂原子等系统修饰，调整多并异靛蓝构筑单元的共轭尺寸、共平面性、分子轨道能级以及溶解性，研究结构变化对聚合物共轭骨架共平面性、分子堆砌排列、结晶等多层次结构以及能级结构的影响；探究多并异靛蓝类共轭聚合物分子在溶液加工过程中的链构象和堆积方式调控机理，发展具有高载流子传输特性的凝聚态结构控制方法；揭示多并异靛蓝类共轭聚合物电子传输的物理机制，建立分子结构-薄膜形态-电荷传输特性的内在关联，为n-型有机半导体材料新体系的发展提供研究思路。

项目围绕异靛蓝共轭聚合物材料的合成、聚集态结构调控、器件结构设计等方面开展了系统研究工作，主要取得以下研究进展和成果。1）设计合成了一系列以异靛蓝及其衍生物为主要结构的新型共轭聚合物，通过共轭分子骨架工程、强受体弱给体策略，结合共轭聚合物主链结构和侧链结构的调控，对聚合物分子轨道能级、主链的共平面性以及分子间作用力进行调节，探究了分子主链和侧链结构与其凝聚态结构和迁移率的关系，获得了一系列高迁移率的n-型、p-型及双极型有机半导体材料。2）在拓宽有机场效应晶体管的应用方面，制备了基于异靛蓝基的高光敏近红外有机光电晶体管和高灵敏度，快速响应恢复的氨气气体传感器器件, 拓展了有机异靛蓝基共轭聚合物的应用。通过该项目的研发，开发出系列高性能异靛蓝基共轭聚合物材料，并在光电探测、环境监测等方面具有广泛的应用前景。项目在研期间共发表SCI论文11篇，授权发明专利1项，较好地完成了申请书和任务书中的研究目标和内容，为后期更加深入的基础研究和成果转化打下良好的基础。