有機半導體材料作為活性層材料,顯示出了低成本,便于加工和合成,以及良好的柔韌性等理想的特性,已迅速廣泛地應用于有機發(fā)光二極管、有機場效應晶體管、有機發(fā)光二極管、有機半導體傳感器和有機光伏電池材料中。這些電子器件的性能主要由有機半導體材料的電荷傳輸性質(zhì)決定。因此,具有大載流子遷移率的有機半導體材料一直是研究人員追求的目標。并苯類分子由于線性延展的π-共軛骨架可以增強其塊體材料分子間π-軌道重疊,并導致有效的電子或空穴傳輸,最終使得由其構成的塊體材料具有較大的遷移率,因此被廣泛研究。其中具有較好的溶解性、易加工和良好的穩(wěn)定性等特點的并三苯分子,即蒽分子,在近些年被廣泛應用和研究,如:三異丙基甲基硅烷基乙炔基蒽衍生物、2-(4-己基苯基乙烯基)蒽、2,6-二苯基蒽等等。但是這些材料主要表現(xiàn)為空穴傳輸行為,以蒽為骨架的電子或雙極性電荷傳輸材料仍然十分匱乏。首先對于電子傳輸材料,要求蒽的衍生物具有好的空氣穩(wěn)定性和工業(yè)操作穩(wěn)定性,這是至關重要的一點也是很難達到的一點;對于雙極性有機半導體材料,不僅要求材料同時具備空穴和電子的傳輸能力,還要求材料具有平衡的空穴和電子遷移率。為了獲得具有電子傳輸行為的蒽類衍生物,本論文研究了在蒽核心的9,10-位用三氟甲基(-CF_3)和氰基(-CN)修飾的兩系列蒽基衍生物。對它們的電子結構和晶體堆積也進行了分析和比較�；诜窍喔傻碾姾商S模型,通過量子核隧穿理論評估電荷載流子遷移率。我們的研究結果表明,與相同結構的-CF_3取代蒽9,10-位置的衍生物相比較,-CN取代的蒽衍生物具有更低的LUMO軌道能級(0.45~0.55 eV),對常用的Au電極來說,-CN取代更加利于電子的注入。同時,-CN取代的蒽衍生物具有更大的EA,意味著其有更好的穩(wěn)定性,但是由于-CF_3可以將前線軌道能級適當?shù)亟档?因此可以作為調(diào)控雙極性材料注入的優(yōu)良基團。對于與電荷轉(zhuǎn)移速率密切相關的兩個參數(shù):重組能和轉(zhuǎn)移積分來說,由于-CN的非鍵作用,-CN取代的蒽衍生物具有更小的重組能,蒽的9,10-位置上的-CF_3由于空間位阻和F…H作用會破壞蒽的平面剛性,造成結構扭曲,使-CF_3取代的蒽衍生物具有較大的重組能;對于轉(zhuǎn)移積分,-CN取代的蒽衍生物更容易具有較小的滑移距離,易形成緊密堆積,具有大的電子耦合。對于我們研究的分子,用-CF_3取代的系列1的分子和-CN取代的系列2的分子分別具有成為雙極性電荷傳輸材料和n-型電荷傳輸材料的潛力。含有-CF_3基團的系列1分子中1-B是具有2D傳輸網(wǎng)絡的雙極性有機半導體(OSC)材料,其最大空穴、電子的遷移率μ_(h-max)、μ_(e-max)的值分別為1.75和0.47 cm~2 V~(-1) s~(-1),并出現(xiàn)在不同的方向上;具有-CN基團的系列2中的2-A和2-C是優(yōu)異的n-型OSC候選材料,其最大固有遷移率出現(xiàn)在π-π堆疊方向,它們的值分別為3.74和2.69 cm~2 v~(-1)s~(-1)。此外,應用Hirshfeld表面分析和QTAIM分析揭示了非共價相互作用與晶體堆積之間的關系。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O625.24;TN304
【部分圖文】：

匹配度不高等缺陷，常常會造成器件的性能較差，從而限制了對 n-型材料的應用研究。因此其在材料的應用，性能和發(fā)展等方面遠遠滯后于 p-型傳輸材料。典型的 n-型材料有萘四酰亞胺衍生物（NDI）[20, 21]、苝四酰亞胺（PDI）衍生物[22]、TCNQ[23]、富勒烯[24]、含氰基/羰基/鹵素等雜原子并苯衍生物等[25, 26]，如圖 1.2。對于雙極性電荷傳輸材料，要保證材料有平衡的空穴和電子傳輸能力。因此對分子的電子結構和性質(zhì)有更高的要求。常見的有 Donor-Acceptor 結構的小分子或共聚物[27, 28]，p-/n-型材料摻雜形成的共晶等[29, 30]，如圖 1.3 所示。由于在雙極性的邏輯互補電路中，n-型有機半導體是不可缺少的重要組成部分，并且雙極性材料在有機光電器件中具有成本低、功耗少、制備簡單等特點，因此對 n-型和雙極性電荷傳輸材料的研究仍是當前的研究重點。

典型的n-型有機半導體材料

3圖 1.3 常見的雙極性有機半導體材料1.2 有機半導體材料的主要應用領域有機半導體材料主要應用在有機發(fā)光二極管(OLED)，有機場效應晶體管(OFET)，有機太陽能電池(OPVC)，以及有機發(fā)光顯示器、傳感器等領域。以 OLED、OFET 和 OPVC 為例，簡要描述其器件組成與工作原理以及有機
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