共軛-絕緣聚合物復(fù)合材料相形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究.pdf

1、絕緣組分在提高有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶解性能，可加工性能，環(huán)境穩(wěn)定性和電學(xué)穩(wěn)定性等方面具有重要作用。本論文主要以絕緣組分/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合體系為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究成膜過程中各種影響因素對(duì)復(fù)合薄膜體系相分離行為和相界面結(jié)構(gòu)的影響，探討了復(fù)合薄膜相分離機(jī)制，發(fā)展了表面聚集誘導(dǎo)的垂直相分離調(diào)控方法，并探討了其在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)合成了高性能給體-受體聚異靛藍(lán)衍生物，并研究了聚合物結(jié)構(gòu)差異與其薄膜半導(dǎo)體性能的關(guān)系。具體研究成果如下:<

2、br>　　1.P3HT/PMMA復(fù)合體系垂直相分離調(diào)控及其應(yīng)用
　　研究了聚(3-己基噻吩)/聚甲基丙烯酸甲酯(P3HT/PMMA)溶液成膜過程中聚合物的結(jié)構(gòu)特性、成膜條件以及基底的物理性質(zhì)對(duì)復(fù)合體系薄膜相形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)P3HT組分趨向于在薄膜的表面聚集，從而實(shí)現(xiàn)了P3HT/PMMA復(fù)合薄膜的垂直相分離與調(diào)控，形成P3HT位于頂層，PMMA位于底層的雙層薄膜結(jié)構(gòu)，發(fā)展了一次成膜同時(shí)制作有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件半導(dǎo)體層和絕緣層的一步法

3、新工藝。該體系與方法得到的器件，適用于柔性基底，制備的柔性器件載流子的遷移率最高達(dá)到0.012cm2V-1S-1，開關(guān)比達(dá)到2×105，表現(xiàn)出優(yōu)良的載流子傳輸性能。
　　2.P3HT超薄膜的制備及其傳感性能研究
　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，利用P3HT/PMMA共混薄膜表面誘導(dǎo)相分離方法，可實(shí)現(xiàn)P3HT薄膜厚度的調(diào)控。通過將P3HT/PMMA薄膜剝離、轉(zhuǎn)移和選擇性溶解PMMA組分，制備出P3HT薄膜。PMMA/P3HT比例為10/1

4、、20/1、40/1、60/1、80/1時(shí)，得到的P3HT薄膜厚度分別為7.4nm，5.2nm，2.8nm，2.2nm和1.9nm。研究P3HT薄膜厚度與載流子傳輸性能和傳感性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著P3HT薄膜厚度降低，載流子遷移率略有下降，但氨氣傳感性能迅速提高。1.9nm的P3HT超薄膜因具有單分子層厚度，氨氣傳感性能最優(yōu)，靈敏度達(dá)到31.11％，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為8.19s和79.36s。
　　3.高性能給體-受體共軛聚合物的

5、設(shè)計(jì)合成及其應(yīng)用
　　基于材料穩(wěn)定性和優(yōu)異電學(xué)性能的考慮，研究基于雙（6-溴-1-(2-癸基十四烷基)2-氧吲哚3-亞基）苯并二呋喃-二酮(BIBDF)作為受體(acceptor)，頭頭相接(HH)，頭尾相接(HT)和尾尾相接(TT)的三種十二烷基并噻吩作為給體(donor)的PBIBDF-HH，PBIBDF-HT和PBIBDF-TT共軛聚合物。研究了三種PBIBDF類聚合物的絕緣側(cè)鏈位置不同，對(duì)于分子能級(jí)，分子堆積，分子取向和薄

6、膜形貌等凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。密度泛函理論計(jì)算表明，聚合物HOMO能級(jí)的差異主要是由于靠近BIBDF-噻吩鍵的烷基取代基比靠近噻吩-噻吩鍵的烷基取代基有更大的空間位阻造成的。PBIBDF類聚合物具有優(yōu)良的空穴和電子傳輸性能，其中PBIBDF-HH器件的最大電子遷移率為1.23cm2V-1s-1;最大空穴遷移率為0.37cm2V-1s-1。應(yīng)用PBIBDF-HH/PMMA復(fù)合體系制備PBIBDF-HH超薄膜，研究該超薄膜的表面形貌及載流子傳輸