一种并四苯有机半导体材料及其制备方法与流程

本发明涉及有机化学领域，尤其涉及一种并四苯有机半导体材料及其制备方法。

背景技术：

对于传统的无机半导体材料，例如硅、锗、氮化镓、砷化镓等使科技迅速的进入了信息时代，在高速的信息时代大显身手。虽然，在科技发展中无机半导体材料显示出了很多的优越性，但是，无机半导体材料还仍然存在着它的局限性，材料的种类比较单一、制备工艺复杂、成本比较高等一些缺点大大限制了它的发展。带着这些缺点，有机半导体材料应运而生。有机半导体材料是一种具有半导体性质的材料，在有机场效应晶体管(otft)、有机电致变色(oec)、有机发光二极管(oled)、钙钛矿、有机太阳能电池(opv)中有着广泛的应用。有机半导体材料具有加工简单、成本较低有机半导体材料等优点，另外有机半导体材料还可以通过在结构上的微调，得到不同能级范围、不同性质的半导体材料。

有机半导体材料结构中有碳碳双键结构，两个碳原子的pz轨道形成了成键轨道和反键轨道，即分别形成homo(最高占有轨道)和lumo(最低占有轨道)，有机半导体中的homo和lumo能级相当于无机半导体中的价带和导带。电子由homo被激发到lumo上之后，homo缺电子形成空穴，lumo富电子，二者形成空穴-电子对，能级的性质影响了有机半导体材料的各种光电学性质。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种并四苯有机半导体材料及其制备方法，旨在得到优良性能的有机半导体材料。

本发明的技术方案如下：

一种并四苯有机半导体材料，其中，其结构式如下：

其中，r为以下取代基中的一种：r为c1-c40的直链或支链烷基，c2-c40的烯基，c2-c40的炔基，c1-c40的卤素取代的直链或支链烷基，c2-c40的卤素取代的烯基，c2-c40的卤素取代的炔基，邻或间或对位取代2-苯基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，c2-c40的直链或支链的烯基或炔基，c1-c40的直链或支链取代的氧烷基，邻或间或对位取代2-苯基的c2-c40的直链或支链的烯基或炔基，邻或间临或间或对氟环己基，烷氧基，苯基，三氟甲氧基，三氟甲硫基，邻或间或对氟或三氟甲氧基苯基，邻或间或对氟或三氟甲硫基苯基，噻吩基，3或4或5位取代2-噻吩基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，2或4或5位取代3-噻吩基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，3或4或5位取代2-呋喃基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，2或4或5位取代3-呋喃基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，蒽基，萘基，芴基，氧芴基，硫芴基，氮芴基。

一种如上所述的并四苯有机半导体材料的制备方法，其中，包括步骤：

a、在室温条件下将含有r取代基的溴代物和镁粉加入到无水四氢呋喃溶剂中，放置室温搅拌，搅拌均匀后加热反应，回流得到化合物1；

b、把2-溴代并四苯、催化剂nicl2(dppp)和无水四氢呋喃置于处于氮气氛围的容器中，室温搅拌均匀，在室温条件下将化合物1的无水四氢呋喃溶液缓慢滴加到容器中，在加热回流条件下反应过夜；反应结束后，若产物易溶，则依次淬灭、萃取、合并有机相，有机相洗涤数次，经硅胶柱分离后得到化合物2；若产物难溶，则过滤后洗涤，通过升华法提纯得到化合物2。

所述的制备方法，其中，所述步骤a中，所述步骤a中，在70-80℃条件下加热回流。

所述的制备方法，其中，所述步骤a中，加热回流时间为12h。

所述的制备方法，其中，所述步骤b中，所述步骤b中，在70-80℃条件下加热回流。

所述的制备方法，其中，所述步骤b中，加热回流时间为12h。

有益效果：本发明的方法制备简单，并获得了一系列并四苯衍生物，从而得到不同类型的以并四苯为母核的有机半导体材料。本发明对并四苯材料进行了修饰，提高了并四苯材料的迁移率，为并四苯材料的应用提供了基础。

附图说明

图1为本发明并四苯有机半导体化合物合成方法。

图2为本发明实施例1中有机半导体2-苯基并四苯合成过程的示意图。

图3为以本发明实施例1中有机半导体2-苯基并四苯为基础制备出有机场效应晶体管的转移曲线。

图4为以本发明实施例1中有机半导体2-苯基并四苯为基础制备出有机场效应晶体管的输出曲线。

具体实施方式

本发明提供一种并四苯有机半导体材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种并四苯有机半导体材料，其结构式如下：

其中，r为以下取代基中的一种：r为c1-c40的直链或支链烷基，c2-c40的烯基，c2-c40的炔基，c1-c40的卤素取代的直链或支链烷基，c2-c40的卤素取代的烯基，c2-c40的卤素取代的炔基，邻或间或对位取代2-苯基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，c2-c40的直链或支链的烯基或炔基，c1-c40的直链或支链取代的氧烷基，邻或间或对位取代2-苯基的c2-c40的直链或支链的烯基或炔基，邻或间临或间或对氟环己基，烷氧基，苯基，三氟甲氧基，三氟甲硫基，邻或间或对氟或三氟甲氧基苯基，邻或间或对氟或三氟甲硫基苯基，噻吩基，3或4或5位取代2-噻吩基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，2或4或5位取代3-噻吩基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，3或4或5位取代2-呋喃基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，2或4或5位取代3-呋喃基的c1-c40的直链或支链取代的烷基，蒽基，萘基，芴基，氧芴基，硫芴基，氮芴基。

举例说明，本发明的并四苯有机半导体材料可以是如下的结构。

本发明的并四苯有机半导体材料，其是在并四苯的2号位上加入r取代基，用来调节半导体材料的不同光学、电学性质。本发明中，并四苯2号位点上连有一个r取代基，通过加入不同的取代基，使bandgap(带隙)大小和所成薄膜形貌发生变化，吸收波长发生移动，引起材料的一系列的性能变化。

本发明还提供一种如上所述的并四苯有机半导体材料的制备方法，如图1所示，其包括步骤：

s1、在室温条件下将含有r取代基的溴代物和镁粉的无水四氢呋喃溶剂中，放置室温搅拌，搅拌均匀后加热反应，回流得到化合物1；

s2、把2-溴代并四苯、催化剂nicl2(dppp)和无水四氢呋喃置于氮气氛围的容器(如三口烧瓶)中，室温搅拌均匀，在室温条件下将化合物1的无水四氢呋喃溶液转移到恒压滴液漏斗中，并缓慢滴加到三口烧瓶中，在加热回流条件下反应过夜；反应结束后，若产物易溶，则依次淬灭、萃取、合并有机相，有机相洗涤数次，经硅胶柱分离后得到化合物2；若产物难溶，则过滤后洗涤，通过升华法提纯得到化合物2。

进一步，所述步骤s1中，在70-80℃条件下加热回流，此过程中，加热回流时间为12h。

进一步，所述步骤s2中，在70-80℃条件下加热回流，此过程中，加热回流时间为12h。

本发明还提供上述有机半导体材料作为有机场效应晶体管半导体层材料的性能测试方法，首先是通过蒸镀法在硅片上制备薄膜，再蒸镀金作为电极材料，得到有机场效应晶体管器件，通过探针台测定器件的转移曲线和输出曲线。即在硅片上制备有机场效应晶体管，然后测定器件的性能。

具体的制作过程如下，首先将硅片相继在丙酮、去离子水和异丙醇中各超声波清洗30分钟，经紫外照射15分钟后，以无水甲苯为溶剂，配制浓度为0.1m的八烷基三氯硅烷溶液，将硅片在溶液中60℃加热20分钟后，用甲苯洗净硅片表面，用氮气枪吹干。在硅片上分别蒸镀厚度约为30nm的半导体和厚度约为50nm的金电极，制备有机场效应晶体管，并对其性能进行测定。

实施例1

s1、在室温条件下将含溴苯(2.54g,16.2mmol)和镁粉(0.49g,20.0mmol)加入250ml无水四氢呋喃溶剂中，放置室温搅拌，搅拌均匀后加热引发反应，加热回流12h。反应完后，溶液降至室温，得到苯基溴化镁，转移至恒压滴液漏斗中。

s2、将2-溴代并四苯(1.25g,4.05mmol)和nicl2(dppp)(2.20g,4.05×10^-2mmol)在氮气保护下加入装有50ml无水四氢呋喃的三口烧瓶中，搅拌均匀，开始缓慢滴加苯基溴化镁的无水四氢呋喃溶液，并将体系加热回流，反应12h后，将反应体系降至室温并用水萃灭。过滤，所得固体通过升华法提纯。反应原理如图2所示。

实施例2

首先将硅片相继在丙酮、去离子水和异丙醇中各超声波清洗30分钟，经紫外照射15分钟后，以无水甲苯为溶剂，配制浓度为0.1m的八烷基三氯硅烷溶液，将硅片在溶液中60℃加热20分钟后，用甲苯洗净硅片表面，用氮气枪吹干。在硅片上分别蒸镀厚度约为30nm的半导体和厚度约为50nm的金电极，制备有机场效应晶体管。

实施例3

2-苯基并四苯的器件表征结果如下：

以金电极为源极和漏极，用探针台测定器件的转移曲线和输出曲线，转移曲线和输出曲线测定结果分别如图3和图4所示。测定的迁移率数据见下表：

综上所述，本发明的方法制备简单，并获得了一系列并四苯衍生物，从而得到不同类型的以并四苯为母核的有机半导体材料。本发明对并四苯材料进行了修饰，提高了并四苯材料的迁移率，为并四苯材料的应用提供了基础。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。