芳酰亞胺共軛聚合物、其制備方法及其在有機光電子器件中的應用技術

本發明專利技術涉及芳酰亞胺共軛聚合物、其制備方法及其在有機光電子器件中的應用，其中聚合物包含一種或多種符合下式I的重復單元R1：-L-D-U-D-。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及基于芳酰亞胺衍生物的聚合物及其作為電子傳輸材料在有機光電子器件如有機場效應晶體管和聚合物太陽能電池中的應用。
技術介紹
當今世界進入信息化時代，信息技術已滲透到國防、工業、農業和人們日常生活的每一個角落。可以說，信息技術是關系著國家安全、國民經濟和人民生活水平的關鍵高科技之一。在這場信息技術革命的浪潮中，有機信息材料與器件的探索與研究已成為當前國際上十分活躍的領域。目前用有機材料制備的器件已實現了信息的獲取、轉換、處理及輸出。近10年來在有機信息材料與器件的研究中，有機/高分子光電子材料與器件(如發光二極管、場效應晶體管和太陽能電池等)，特別是有機聚合物發光材料與器件的研究異軍突起，最有可能得到大規模應用。盡管各種器件的工作原理不同，但載流子傳輸是一個普遍、基本和關鍵的物理過程。到目前為止，有機/高分子光電子器件發展的關鍵問題是高效率和長壽命，其中有機半導體材料的低遷移率是解決這些關鍵問題的瓶頸。絕大部分有機材料的載流子遷移率低于0. Olcm2V-1S'雖然并五苯和紅熒烯等單晶材料的遷移率很高(> IOcm2V-1S-1),但這些單晶在實際應用中仍然面臨很多問題，如成本和穩定性。([1]H. Sirringhaus, T. Ka wase, R. H. Friend, T. Shimoda, M.1nbasekaran, ff. Wu, E. P. Woo,“High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits，，，Science,2000, 290, 2123. [2]B. Crone, A. Dodabalapur, Y. -Y. Lin, R. ff. Filas, Z. Bao, A. LaDuca,R.Sarpeshkar, H. E. Katz, W. Li, “Large-scale complementary integrated circuitsbased on organic transistors”，Nature,2000,403,521. [3]M. Muccini,“A brightfuture for organic f ield-effect transistors，，，Nature Mater. , 2006, 5,605. [4]A. R. Murphy,J. M. J. FrechetZiOrganic semiconducting oligomers for use in thin filmtransistors”，Chem. Rev. ,2007,107,1066.)。n-型有機半導體材料對構筑p_n結二極管、雙極性晶體管和互補CMOS電路非常重要。然而，n共軛有機分子大多是富電子型，因此是P-型。而n-型有機材料相對較少，高電子遷移率的n-型有機材料更加缺乏。常用的電子傳輸材料有八羥基喹啉鋁(Alq3)、富勒烯(C6tl)、茈酰亞胺和氰基苯撐乙烯(CN-PPV)等。絕大部分n-型有機半導體材料的遷移率低于KT4CmW1。電子遷移率最高的n-型有機分子要數富勒烯C6tl和茈酰亞胺單晶(> Icm2V-1S-1)。但是它們的弱點是對水氧敏感，因此器件在空氣中穩定性差。而且這些單晶在實際應用中同樣面臨成本和穩定性的問題。([5]H. E. Katz, A. J. Lovinger,J.Johnson, C.Kloc, T. Siegrist, ff.Li, Y.-Y.Lin, A. Dodabalapur, “A soluble andair-stable organic semiconductor with high electron mobility，，,Nature,2000,404,478. [6]C. R. Newman, C. D. Frisbie, D. A. da Silva, J. L. Bredas, P. C. Ewbank, K. R. Mann,“Introduction to organic thin film transistors and design of n-channelorganic semiconductors，，，Chem. Mater. , 2004,16,4436. [7] J. Zaumseil, H. Sirringhaus,“Electron and ambipolar transport in organic field-effect transistors，，，Chem.Rev.,2007,107，1296.)為了真正實現有機材料在器件應用中的優點如易加工和低成本，就必須采用溶液加工技術如絲網印刷和噴墨打印等。目前，溶液加工的P-型有機材料遷移率最高可達>Icm2V-1S'而溶液加工的n-型有機材料遷移率最高< Icm2V-1S'溶液加工的n_型有機材料仍然面臨電子遷移率低和對水氧敏感等問題([8]L. L. Chua, J. Zaumseil, J. F. Chang,E. C. ff. 0u, P. K. H. Ho, H. Sirringhaus, R. H. Friend, “General observation of n-typef ield-effect behavior in organic semiconductors，，，Nature, 2005, 434,194. [9]Y. G. Wen, Y. Q. Liu, Adv. Mater.，2010，22，1331.)。茈酰亞胺和萘酰亞胺是一類缺電子的稠環化合物，分子間的相互作用較強，具有低的LUMO能級，文獻報道其小分子單晶電子遷移率超過Icm2V-1S-1,真空鍍膜制備的器件電子遷移率超過0.1cm2V4s'而溶液加工方法制備的器件電子遷移率普遍低于0. Olcm2V4s'我們率先報道了茈酰亞胺共軛聚合物的合成及在有機場效應晶體管中的應用，發現茈酰亞胺聚合物展示高電子遷移率(超過0. Olcm2V-1S-1)。隨后Facchetti等人報道了萘酰亞胺共軛聚合物也展示高電子遷移率(超過0.1cm2VH ([10]X. ff. Zhan,Z. A. Tan,B. Domercq,Z. S. An, X. Zhang, S. Barlow, Y. F. Li, D. B. Zhu, B. Kippelen, S. R. Marder, J. Am. Chem. Soc.,2007,129, 7246. [11]H. Yan, Z. H. Chen, Y. Zheng, C. Newman, J. R. Quinn, F. Dotz, M. Kastler,A. Facchetti, Nature,2009,457,679. [12] J. E. Anthony, A. Facchetti, M. Heeney,S.R. Marder, X. ff. Zhan, Adv. Mater. , 2010，22，3876.)。本專利技術專利技術者從分子工程學的角度來優化芳酰亞胺聚合物，如改變共聚單元性質(中性、給電子和缺電子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
包含一種或多種符合通式I的重復單元R1的聚合物：?L?D?U?D?式I其中：U是由3至5個選自5?元環、6?元環、7?元環及其混合物的環組成的多環部分，所述多環部分的環中的各個與所述多環部分的至少一個其他的環稠合，所述多環部分的至少一個環包含至少一個形成電子?接受基團Z的部分的原子，所述多環部分任選被一種或多種增溶基Y′取代，D，獨立地選自，在各自情況下，不存在、CH＝CH、C≡C和其混合物；L是通式II二價基團是多環烴部分，其由2到20稠合的苯環組成，其任選由一種或多種單價吸電子基X′取代；Y，在各自情況下，獨立地選自氫原子、單價增溶基Y′和其混合物；除下述情況外：聚合物，其包括選自下述通式I’的重復單元、通式I”重復單元及其混合物的重復單元R1*，作為唯一的通式I重復單元R1：其中，Y如先前的定義。FSA00000609131200011.tif,FSA00000609131200012.tif,FSA00000609131200021.tif

【技術特征摘要】
1.包含一種或多種符合通式I的重復單元Rl的聚合物-L-D-U-D- 式I 其中 U是由3至5個選自5-元環、6-元環、7-元環及其混合物的環組成的多環部分，所述多環部分的環中的各個與所述多環部分的至少一個其他的環稠合，所述多環部分的至少一個環包含至少一個形成電子-接受基團Z的部分的原子，所述多環部分任選被一種或多種增溶基V取代， D，獨立地選自，在各自情況下，不存在、CH = CH, C = C和其混合物； L是通式II 二價基團2.根據權利要求1的聚合物，其不含重復單元R1*。3.根據權利要求1或2的聚合物，不包括一種聚合物，其包括下述通式重復單元R1**，作為唯一的通式I重復單元Rl-L-D-U ' -D-式I”， 其中L和D如權利要求1中的定義， U”’是由3至5個選自5-元環、6-元環、7-元環及其混合物的環組成的多環部分，所述多環部分的環中的各個與所述多環部分的至少一個其他的環稠合，所述多環部分的至少一個環是呋喃環4.根據權利要求3的聚合物，其不含重復單元R1**。5.根據上述權利要求任一項的聚合物，其中D是C= C。6.根據上述權利要求1-4任一項的聚合物，其中D不存在。7.根據權利要求6的聚合物，不包括一種聚合物，其包括下述通式I”’重復單元R1***，作為唯一的通式I重復單元Rl -L-U- 式 I”，， 其中 L如權利要求1中的定義， U””是選自下述的多環部分8.根據權利要求7的聚合物，其不含重復單元R1***。9.根據上述權利要求任一項的聚合物，其中 選自萘、茈、蔻和其混合物，并任選由一種或多種單價吸電子基X’取代。10.根據上述權利要求任一項的聚合物，其中L選自通式III二價基團、通式IV二價基團、通式V 二價基團、通式VI 二價基團及其混合物。11.根據權利要求10聚合物，其中L是通式III 二價基團，其中m = 0，如通式VII 二價基團12.根據權利要求10的聚合物，其中L是包含至少一個通式IV二價基團及至少一個通式V 二價基團的混合物，其中m' =1，其中!!1 =0，如基本上由通式VIII 二價基團、通式IX 二價基團組成的混合物，進一步任選包含通式X 二價基團和/或通式XI 二價基團的二價基團13.根據上述權利要求中任一項的聚合物，其中所述單價的吸電子基Γ彼此獨立地選自氰基、C1-C60酰基、齒素、C1-C6tl全齒二價碳基、C1-C6tl部分地齒化烴基及其混合物，其中C1-C60部分地鹵化烴基具有的鹵素原子與氫原子摩爾比率為至少O. 50。14.根據上述權利要求1-11中任一項的聚合物，其中所述多環烴部分沒有被任何單價的吸電子基取代。15.根據上述權利要求中任一項的聚合物，其中所述單價的增溶基Y'彼此獨立地選自C1-C6tl烴基、C1-C6tl部分地齒化烴基、被一種或多種C1-C6tl氧基烴基取代的苯基及其混合物，其中C1-C6tl部分地鹵化烴基具有的鹵素原子與氫原子摩爾比率為至少O. 50。16.根據上述權利要求任一項的聚合物，其中Y，在各自情況下，是單價的增溶基Y'，其在25°C溫度下當溶于至少一種選自氯仿、氯苯及四氫呋喃的溶劑時，其與除了所述單價增溶基Γ被氫原子替代的情況下之外相同于所述聚合物的參照聚合物的溶解度相比時，增大所述聚合物的溶解度至少10%。17.根據上述權利要求任一項的聚合物，其中Y，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：占肖衛，趙鑫剛，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發明
國別省市：