本文選題：有機半導體 + 第一性原理�。� 參考：《蘭州大學》2015年碩士論文

【摘要】：有機半導體材料成為了目前研究的熱點,因其具備可塑性好、多樣的合成方法、易于加工及成本低等獨特的優(yōu)點。有機半導體已廣泛地應用在有機晶體管、光學二極管、太陽能電池和生物化學傳感器等器件上。而電荷轉移是有機半導體器件中最為基本的過程,理論研究電荷轉移機制具有重要的意義。本論文主要基于第一性原理并結合半經典的Marcus理論和全量子的費米黃金準則對有機半導體分子的電荷轉移過程進行了研究,結合隨機游走模型模擬了電荷遷移率。主要內容如下：1.采用一種全量子的理論結合分子動力學評估了五種共晶體系的雙極性電荷轉移性質。通過與傳統(tǒng)的Marcus理論比較,證明了這種全量子的費米黃金準則更加適用于計算共晶分子的遷移率,這因為考慮了核隧道效應。計算表明這些共晶分子能夠表現出良好的雙極性的特征,這因為在主要傳輸方向上有著平衡的空穴和電子轉移積分。同時我們證明了分子動力學對其遷移率也有顯著地影響,這是因為給體.受體-給體和受體-給體-受體的超交換機制對分子動力學非常敏感。2.我們對并苯雙噻吩、并苯雙呋喃及并苯雙硒酚系列分子DPh-NDXn (X= O,S,Se,n=1,2,3,4)單晶中的電荷轉移進行了理論模擬。采用一種簡單的方法對這系列分子DPh-NDXn的晶體結構進行了預測,并基于預測得到的晶體結構,模擬了系列分子的空穴遷移率。計算表明這些分子是一類極有前途的p型有機半導體分子。同時研究了不同雜原子和分子的形狀對分子相關電學性質的影響。3.我們對實驗室已經合成的吡嗪類氮雜并五苯及其衍生物系列分子的晶體結構遷移率進行了模擬。分析比較了薄膜模型和晶體模型的差異性,基于晶體模型模擬得到的遷移率結合實驗結果分析表明隨著N原子和鹵素原子的引入,系列分子電荷傳輸性能有著顯著的變化。4.對氟苯基修飾的四硫富瓦稀(TTF)系列衍生物分子的性質進行了研究。計算了其前線軌道能級、靜電勢分布等電學性質。研究了氟苯基上F原子的取代個數和空間取代位置的變化,對分子的HOMO和LUMO能級起到了調節(jié)作用。
[Abstract]:Organic semiconductor materials have become the focus of research, because of its good plasticity, various synthesis methods, easy to process and low cost and other unique advantages. Organic semiconductors have been widely used in organic transistors, optical diodes, solar cells and biochemical sensors. Charge transfer is the most basic process in organic semiconductor devices. It is of great significance to study the charge transfer mechanism theoretically. In this paper, the charge transfer process of organic semiconductors is studied based on the first principle, combined with the semi-classical Marcus theory and the full quantum Fermi gold criterion, and the charge mobility is simulated with the random walk model. The main content is as follows: 1. The bipolar charge transfer properties of five eutectic systems were evaluated by a full quantum theory combined with molecular dynamics. Compared with the traditional Marcus theory, it is proved that the full quantum Fermi gold criterion is more suitable for calculating the mobility of eutectic molecules because the nuclear tunneling effect is considered. The calculations show that these eutectic molecules exhibit good bipolarity due to the equilibrium of holes and electron transfer integrals in the main transport directions. At the same time, we prove that molecular dynamics also has a significant effect on its mobility, which is due to the donor. The superexchange mechanism of receptor-donor and receptor-donor-receptor is very sensitive to molecular dynamics. The charge transfer in Benzodithiophene, Benzobisofuran and Benzobisenol series molecules DPh-NDXn X = O ~ (2 +) S ~ (2 +) ~ (2) O ~ (3 +) has been theoretically simulated. A simple method is used to predict the crystal structure of the series of DPh-NDXn molecules, and based on the predicted crystal structure, the hole mobility of the series of molecules is simulated. The results show that these molecules are a promising class of p-type organic semiconductor molecules. At the same time, the influence of the shape of different heteroatoms and molecules on the electrical properties of molecular correlation was studied. We have simulated the crystal structure mobility of pyrazines and their derivatives. The differences between the film model and the crystal model are analyzed and compared. The results of mobility analysis based on the crystal model simulation show that the charge transport properties of the series of molecules vary significantly with the introduction of N atom and halogen atom. 4. The properties of fluorophenyl modified TTFs were studied. The energy levels and electrostatic potential distribution of the frontier orbital are calculated. The changes of the number of substituents and the space substitution positions of F atoms on fluorophenyl have been studied, and the HOMO and LUMO energy levels of the molecules have been regulated.
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304

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本文編號：1978763