含双键链接及酰亚胺结构的共轭聚合物的制备和光电性质研究

Conjugated polymers containing vinyl-linkage often exhibit different optical and electrical properties from the non-vinyl ones. In this project, we will concentrate on synthesis and characterization of novel conjugated polymers containing imides and vinyl-linkage. The research content is as follow: 1) The vinyl-linkage contained conjugated polymer will be synthesized through Heck, McMurry and Stille Reaction; their physical and chemical properties will be characterized by conventional technic. 2) Thin films of such polymers will be fabricated by solution process such as spin-coating which later will be applied in devices (organic field effect transistor, eg.) to exam their semiconducting properties; AFM and XRD will be carried out to study the thin film self-assemble regularity. 3) Finally, combining results of the previous work, a patten of vinyl-linkage influence should be summarized and a possible explanation should be achieved. Such research will benefit the future design of organic functional materials and advance the intersectional sciences.

含双键链接的共轭聚合物往往表现出与相应不含双键链接的聚合物不同的光电性质。申请人结合本领域发展趋势和前期积累，拟开展对含双键链接及酰亚胺结构的共轭聚合物的制备与表征。本项目包含以下研究内容：1）通过Heck反应、McMurry反应、Stille偶联等经典反应进行双键的引入和聚合物的制备，以常规的物理及化学检测对聚合物的基本理化性质进行表征；2）采用旋涂等溶液法过程制备聚合物薄膜，应用于场效应晶体管等领域，研究材料的半导体性质，并通过AFM和XRD检测研究聚合物薄膜的自组装性质；3）结合上述研究数据，总结双键链接对该类聚合物影响的规律及可能的原理。本项目的开展能够给此类含双键链接的共轭聚合物的性质预测提供依据，为今后的共轭聚合物功能分子的设计打下基础， 对高分子化学、有机化学和材料化学均有重要意义，不单能够丰富共轭聚合物材料的种类，同时也能促进相关交叉学科的发展。

本项目拟以含酰亚胺结构的功能单元作为主要电子给体，以双键作为功能单元之间的链接，制备新型共轭聚合物，研究双键的引入对聚合物的光电性质，特别是场效应晶体管中载流子迁移率性质的影响。项目研究开展内容如下：1）以典型酰亚胺结构噻吩并吡咯二酮（TPD）为电子给体，合成了一系列含双键链接的共轭聚合物，并制备相应的场效应晶体管器件，测试了载流子迁移率，其中含有多个双键的VTTPD聚合物空穴迁移率达到了0.4 cm(2) V(-1) s(-1)，处于较高的水平；2）在上述结果的进出上进一步研究发现，双键的引入能够提高聚合物主链骨架的平面性，促进载流子沿分子链内的传输，提高聚合物整体的载流子迁移率，但同时多个的双键的引入会使其构象异构化的概率升高，影响分子间的堆积，从而减弱分子间的载流子传输，降低迁移率，但酰亚胺结构上的羰基O原子能与双键上的H原子形成弱氢键，在一定程度上抑制这一构象异构现象；3）通过此构象锁定机制，我们设计制备了新型的含萘四酰二亚胺（NDI）的共轭聚合物PNV，意外得到了同时一种具有强红色固体荧光和n-型场效应性质的材料；4）利用双键的引入对聚合物迁移率影响的机制，拓展了分子体系，通过在苯并噻二唑共轭聚合物体系中引入多个双键链接，获得了结晶度低，但空穴迁移率高达3.2 cm(2) V(-1) s(-1)的材料PTBTV。上述研究帮助我们更深层次的理解了链接方式对共轭聚合物的结构和光电性质的影响，并为有机光电器件领域新型高性能共轭聚合物分子的设计提供新思路。