氟化、取代基和氫鍵對有機半導體材料性質(zhì)影響的研究.pdf

1、由于有機半導體材料具有輕便、價格便宜和形狀可變等特點，因此它具有廣泛的應用前景，受到實驗和理論研究的廣泛關(guān)注。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和預測了一些有機半導體材料，按照導電性質(zhì)可以分為p型材料、n型材料和雙極性材料。其中n型材料和雙極性材料研究較少，但由于它們具有獨特的性質(zhì)，也受到研究的關(guān)注。本文主要選擇三類有代表性的有機半導體材料，通過密度泛函理論，研究修飾基團對材料性質(zhì)（導電性、導電類型轉(zhuǎn)化等）的影響，并探討氫鍵在材料導電性質(zhì)中的作用。研究內(nèi)

2、容和結(jié)果主要包括三個方面：（1）氟取代對噻吩衍生物有機半導體材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響；（2）不同取代基在不同位置取代時對有機半導體材料ADI的改性作用；（3）氫鍵對有機半導體材料導電性的影響。
　　首先本文從理論上研究了噻吩以及衍生物的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并模擬了它們單晶結(jié)構(gòu)的載流子遷移率。在原有晶體結(jié)構(gòu)的基礎上對噻吩低聚物進行了雙邊全氟化改造，并對雙邊全氟化、單邊氟化和沒有氟化的有機分子的重組能、HOMO(LUMO)的能級軌道、垂直電離

3、能、電子親和勢以及載流子遷移率等主要性進行了對比研究。氟化可以改變有機半導體載流子的傳輸性質(zhì)。雙邊氟化比單邊氟化更加有利于電子的傳輸，可以實現(xiàn)p型到n型的轉(zhuǎn)變。
　　對有機分子的結(jié)構(gòu)修飾（替換不同的取代基）可以改變分子的電子結(jié)構(gòu)和排列方式，從中可以尋找具有良好穩(wěn)定性和柔韌性、以及高效率的n型有機半導體材料和有機太陽能材料。本文的第二個方面研究是在ADI分子的基礎上，通過不同的取代基和不同位置的取代來尋找合適的有機半導體分子。基于A

4、DI分子及其衍生物，本文對十種有機ADI分子的重組能、分子軌道、垂直電離能、電子親和勢以及單晶結(jié)構(gòu)中的載流子遷移率等性質(zhì)進行了理論模擬和比對。結(jié)果表明取代基的不同對有機分子的性質(zhì)影響很大，這為尋找新一代電子器件的關(guān)鍵材料提供了理論基礎。
　　有機半導體中載流子遷移率主要受有機材料的結(jié)構(gòu)和環(huán)境溫度的影響。其中結(jié)構(gòu)因素包括化學結(jié)構(gòu)、分子的平面性和分子的聚集有序程度。本文第三方面主要是針對含有氫鍵的一些有機分子從理論上研究氫鍵對有機半導

5、體導電性的研究。結(jié)果表明分子間氫鍵不僅加強了分子的化學結(jié)構(gòu)，而且還改變了分子的平面和聚集程度。通過加大二聚體之間的π-π堆積強度，增加了分子之間的電荷轉(zhuǎn)移積分，并進而增大了載流子的躍遷速率。另外，含有氫鍵的二聚體中氫鍵會直接影響電子（空穴）的轉(zhuǎn)移積分。同時，由于氫鍵增強了載流子的轉(zhuǎn)移積分，可能會導致材料從單一類型的導電特性向雙極性導電類型的轉(zhuǎn)化。研究結(jié)果從理論上獲得了分子間電荷轉(zhuǎn)移性質(zhì)、有機半導體材料載流子傳輸性能的特點，為實驗設計優(yōu)化