本发明属于有机化合物合成技术领域，具体涉及一种多聚酞菁化合物、有机场效应晶体管及其制备方法。
背景技术：
酞菁由于其化合物种类的多样性，高的化学稳定性(在空气中加热400-500℃不发生明显分解)，独一无二的光学、电学、磁性以及其它的与其分子大环之间π-π相互作用有关的物理性质，受到了人们的广泛重视，并将其作为半导体材料应用于ofet的研究中。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：相对于单体酞菁而言，由于共轭体系的扩大，多聚酞菁类化合物的合成、分离比较困难，由于合成技术的限制，多聚酞菁类化合物很难应用于ofet中。
技术实现要素：
本发明针对现有的多聚酞菁类化合物的合成、分离比较困难，很难应用于ofet中的问题，提供一种多聚酞菁化合物、有机场效应晶体管及其制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种多聚酞菁化合物，其分子结构式如下：
本发明还提供一种多聚酞菁化合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将邻二甲苯溶于第一溶剂中，并向其中加入碘、还原剂后冷却，将溶于第一溶剂的液溴滴入其中，反应合成4，5-二溴邻二甲苯；
(2)采用上述4，5-二溴邻二甲苯和水在高锰酸钾存在的条件下加热，反应合成4，5-二溴邻苯二甲酸；
(3)采用上述4，5-二溴邻苯二甲酸和1-溴丁烷在相转移催化剂、氢氧化钾、和水存在的条件下加热，反应合成4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯；
(4)采用上述4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯和氰化亚铜在二甲基甲酰胺存在的条件下加热，反应合成4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯；
(5)采用上述4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯、二异吲哚、乙酰丙酮配合物m(acac)3在正丁醇存在的条件下反应合成得到多聚酞菁化合物。
优选的是，所述第一溶剂包括二氯甲烷，所述还原剂包括铁粉。
优选的是，所述催化剂包括四辛基溴化铵。
优选的是，所述步骤(2)反应温度为100-120℃；步骤(3)反应温度为100-120℃；所述步骤(4)反应温度为100℃；所述步骤(5)反应温度为100-120℃。
优选的是，所述邻二甲苯、碘、还原剂、液溴的摩尔比为0.2-0.3mol：10-11mmol：10-11mmol：0.4-0.5mol；
所述4，5-二溴邻二甲苯、高锰酸钾的摩尔比为0.025-0.030mol：0.1-0.15mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸与1-溴丁烷、氢氧化钾的摩尔比为0.01-0.015mol：0.01-0.015mol：0.02-0.025mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯与氰化亚铜的摩尔比为0.01-0.015mol：0.02-0.025mol；
所述4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯与二异吲哚、乙酰丙酮配合物的摩尔比为1-1.5mmol：0.125-1.135mmol：0.45-0.50mmol。
本发明还提供一种有机场效应晶体管，包括半导体材料层，所述半导体材料层由上述的多聚酞菁化合物构成。
优选的是，所述半导体材料层的电子迁移率为1.0-1.5cm2/(v·s)。
优选的是，还包括：衬底、栅极层、栅极绝缘层、源漏极；其中，所述栅极层位于所述衬底之上；所述栅极绝缘层位于所述栅极层之上；所述半导体材料层位于所述栅极绝缘层之上；所述源漏极位于所述半导体材料层之上。
本发明还提供一种上述的有机场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备栅极层；
在栅极层上制备栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上制备半导体材料层；
在半导体材料层上同时制备源漏极。
本发明的多聚酞菁化合物为基于平面的双核酞菁双层三明治化合物，本发明的多聚酞菁化合物制备方法简单，适合作为有机场效应晶体管的半导体材料应用，将其用于ofet中后，半导体材料层的电子迁移率达到1.0-1.5cm2/(v·s)。
附图说明
图1为本发明的实施例3的有机场效应晶体管的结构示意图；
其中，附图标记为：1、栅极层；2、栅极绝缘层；3、半导体材料层；4、源漏极；10、衬底。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种多聚酞菁化合物，其分子结构式如下：
本实施例的多聚酞菁化合物为基于平面的双核酞菁双层三明治化合物，该多聚酞菁化合物制备方法简单，适合作为有机场效应晶体管的半导体材料应用，将其用于ofet中后，半导体材料层的电子迁移率达到1.0-1.5cm2/(v·s)。
实施例2：
本实施例提供一种多聚酞菁化合物的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)合成4，5-二溴邻二甲苯：
将邻二甲苯24ml(0.2mol)溶于30ml干燥的二氯甲烷中，一边搅拌一边向上述溶液中加入碘2.5g(10mmol)以及还原铁粉0.6g(10mmol)。混合物用冰浴冷却至零度。另将液溴20.5ml(0.4mol)溶于10ml干燥的二氯甲烷中，将上述溶液用滴液漏斗在六小时内均匀缓慢滴入反应混合物，以倒扣在10％氢氧化钠溶液中的漏斗吸收放出的溴化氢气体。反应在零度下连续搅拌38小时，之后在室温下继续搅拌6小时。反应混合物先用5％氢氧化钠溶液洗涤至无色，分离有机层；之后再用5％亚硫酸氢钠溶液洗涤至中性，分离有机层，加入无水硫酸钠干燥。放置一夜后抽滤，滤液在旋转蒸发仪上减压蒸馏得到浅棕色油状液体。向液体中加入8-10倍体积的甲醇，搅拌加热至沸，然后停止搅拌，降温至零度重结晶。获得透明针状晶体32.7g，产率62％。
将所得的产物4，5-二溴邻二甲苯进行测试分析如下：
所得4，5-二溴邻二甲苯的熔点为88℃；
核磁共振氢谱(300mhz，cdc13)中，7.37(单峰，2h，苯环)，2.18(单峰，6h，甲基)；
maldi.tof质谱：分子离子峰264.0；
元素分析：c8h8br2：c，36.36；h，2.92。
(2)合成4，5-二溴邻苯二甲酸：
将上述的4，5一二嗅邻二甲苯6.5g(0.025mol)研细，加入200ml水中，搅拌形成悬浊液，加热至沸。将高锰酸钾粉末15.8g(0.1mol)均分为三等分，每隔二小时一次加入反应混合物中，共反应6小时。反应混合物冷却至室温，缓慢加入亚硫酸氢钠还原剩余的高锰酸钾，直到紫红色完全消失为止。向反应混和物中加入氢氧化钾调ph值至12以上。反应混合物用布氏漏斗抽滤，获得无色澄清滤液，此滤液为4，5一二溴邻苯二甲酸钾溶液。滤渣用1％koh溶液洗涤两次，洗涤液合并入滤液。向滤液中缓慢滴加浓盐酸(18m)酸化至ph约等于2，析出大量白色絮状4，5-二溴邻苯二甲酸沉淀。用布氏漏斗抽滤，滤饼以少量1％盐酸溶液洗涤，之后置于放有变色硅胶的干燥器内干燥。获得白色有光泽固体7.3g，产率90％。
将所得的产物4，5-二溴邻苯二甲酸进行测试分析如下：
产物4，5-二溴邻苯二甲酸熔点300℃以上；
因产物难溶于普通有机溶剂故未能得到满意的核磁结果，且元素分析结果也因提纯困难导致误差稍大；maldi.tof质谱：分子离子峰m/z323.2；
元素分析:c8h4o4br2:c，27.73；h，1.20。
(3)合成4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯：
将上述4，5-二溴邻苯二甲酸3.24g(0.01mol)与氢氧化钾1.12g(0.02mol)加入100ml蒸馏水中，搅拌至完全溶解。为使溶解过程加速在搅拌过程中可适当加热。向溶液中加入1-溴丁烷3.86g(0.01mol)和相转移催化剂四辛基溴化铵(toab)2g，反应混合物加热到100度，在氮气保护下搅拌回流4小时，然后冷却到室温。反应液以甲苯萃取(3次，每次3oml)，合并有机相并加入无水硫酸镁干燥。静置一夜后用布氏漏斗抽滤，滤液在旋转蒸发仪上减压蒸馏得到淡黄色油状液体。产品通过硅胶色谱柱纯化，以氯仿作为洗提液，在254nm波长紫外灯下收集紫外显色带。经两次提纯后最终得到纯净的4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯4.22g，产率77％。
将所得的产物4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯进行测试分析如下：
质谱:分子离子峰m/z433.87；
元素分析:c18h20o4br2:c，44.22；h，4.55；o，14.45。
(4)合成4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯：
将上述的4，5-二溴邻苯二甲酸的丁酯5.48g，0.01mol与氰化亚铜1.79g，0.02mol加入dmf100ml中，反应混合物在氮气保护下搅拌加热回流2小时。冷至室温后，将反应混合物倒入200ml蒸馏水中，以甲苯萃取(3次，每次35ml)。合并有机相，用蒸馏水多次洗涤(五到十次)以除去残留的细小颗粒溴化亚铜。向洗涤后的甲苯溶液中加入无水硫酸镁干燥。静置一夜后用布氏漏斗抽滤，减压蒸馏除去溶剂得到棕色油状液体。产品通过硅胶色谱柱纯化，以1:1体积比的氯仿/正己烷混合溶液作为洗提液，首先在254lun波长紫外灯下收集第一个紫外显色带，是反应不完全的4-溴-5-氰基邻苯二甲酸丁酯；然后收集第二个紫外显色带，是目标产物4，5二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯。经两次提纯后蒸干溶液获得白色粉末。产物溶于少量氯仿，在大量甲醇中重结晶，获得白色晶体1.19g，产率27％。
将所得的产物4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯进行测试分析如下：
质谱:分子离子峰m/z328.2；
元素分析:c18h20o4n2:c，65.74；h，6.44；n，8.43。
(5)合成多聚酞菁化合物：
将4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯328mg(1mmol)与二异吲哚26mg(0.125mmol)，乙酰丙酮稀土盐m(acac)3(0.45mmol)入8ml正丁醇，反应物在氮气氛围中加热回流24h。冷至室温后，将溶剂抽干，加入三氯甲烷溶解，以三氯甲烷和正己烷为淋洗液，得到目标产物5mg，产率1.1％。
实施例3：
本实施例提供一种有机场效应晶体管，如图1所示，包括衬底10，形成于衬底10上的栅极层1、栅极绝缘层2、半导体材料层3、源漏极4，其中，半导体材料层由上述的多聚酞菁化合物构成。
通过变换不同电压，选取不同位点进行测试，获得上述半导体材料层3的电子迁移率为1.0-1.5cm2/(v·s)。
实施例4
本实施例提供一种多聚酞菁化合物的制备方法，其与实施例2的类似，其与实施例2的区别在于，邻二甲苯、碘、还原剂、液溴的摩尔比为0.3mol：11mmol：11mmol：0.5mol；
所述4，5-二溴邻二甲苯、高锰酸钾的摩尔比为0.030mol：0.15mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸与1-溴丁烷、氢氧化钾的摩尔比为0.015mol：0.015mol：0.025mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯与氰化亚铜的摩尔比为0.015mol：0.025mol；
所述4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯与二异吲哚、乙酰丙酮配合物的摩尔比为1.5mmol：1.135mmol：0.50mmol。
所述步骤(2)反应温度为120℃；步骤(3)反应温度为110℃；所述步骤(4)反应温度为120℃；所述步骤(5)反应温度为110℃
实施例5
本实施例提供一种多聚酞菁化合物的制备方法，其与实施例2的类似，其与实施例2的区别在于，邻二甲苯、碘、还原剂、液溴的摩尔比为0.25mol：10.3mmol：10.6mmol：0.45mol；
所述4，5-二溴邻二甲苯、高锰酸钾的摩尔比为0.027mol：0.12mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸与1-溴丁烷、氢氧化钾的摩尔比为0.011mol：0.014mol：0.023mol；
所述4，5-二溴邻苯二甲酸丁酯与氰化亚铜的摩尔比为0.011mol：0.024mol；
所述4，5-二羰基丁烷氧基-邻二氰基苯与二异吲哚、乙酰丙酮配合物的摩尔比为1.2mmol：1.130mmol：0.47mmol。
显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：多聚酞菁化合物的合成条件如反应温度，反应时间，反应溶剂等可以根据实际条件进行调整，有机场效应晶体管的具体结构可以根据需要进行改变。
实施例6：
本实施例提供一种有机场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备栅极层；
在栅极层上制备栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上制备半导体材料层；
在半导体材料层上同时制备源漏极。
具体的，半导体材料层通过相转移的方法形成：
将上述实施例的酞菁化合物溶于的氯仿溶液(lmm)分别用微量注射器迅速注入较大量的甲醇中(25ml)，并用注射器轻轻搅动，然后将析出的纳米结构从溶液中取出得到半导体材料层。
整个实验过程中的温度、浓度及注入速度可以有不同，所得结果均表现出良好的可重复性。析出的纳米结构的紫外可以分散在甲醇中测试。其tem和sem照片可以将样品滴在纯碳膜上拍摄。其中，做sem时，样品表面需喷1-2nm厚的金。
半导体材料层的电流-电压性质测试：
将上述制备好的纳米结构样品滴到二氧化硅基片上，等溶剂挥发干以后，用一根金线做模版，金电极被热蒸镀到纳米材料上。两个电极之间的距离是55微米，电流-电压性质采用keithley4200半导体测试仪在室温下测试即可。
实施例7：
本实施例提供了一种显示装置，其包括上述的有机场效应晶体管。所述显示装置可以为：液晶显示面板、电子纸、oled面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。