韩国蔚山国立科学技术研究院Small Structures：二噻吩并吡喃基共聚物薄膜晶体管供体-受体和供体-供体型结构的差异

共轭聚合物半导体材料具有重量轻、结构可调、经济性好等优点，并具有大面积和柔性器件的制备潜力，在有机场效应晶体管（OFET）领域受到了极大的关注。通常，共轭聚合物由芳香族的结构单元和增溶烷基侧链组成，因此在设计与合成上具有高灵活性，便于定制不同功能、不同电学特性的半导体聚合物。噻吩（thiophene）是一种含硫的五元环结构，因其具有高极化率和给电子能力，被广泛研究并应用于共轭聚合物中。当相邻噻吩单元以单键连接时，它们之间的旋转可以诱导噻吩聚合物的不同构象，而通过稠环结构将相邻噻吩环完全固定则可以增强π-π堆叠程度，从而增强载流子在分子间的跳跃传输。

目前，研究者已开发了多种稠环噻吩结构，如环戊二噻吩（CDT）和二噻吩并吡喃（DTP）等。基于稠环噻吩的共轭聚合物也已被应用于OFET和OPV等领域。CDT，DTP的结构中含有氧原子，因此具有更强的给电子性质。同时，由于DTP的不对称结构引起的局部偶极矩增加，可使固态材料中的分子堆积更为紧密，从而改善电荷传输性能。但由于烷基侧链和主链上其他单元的选择尚未优化，现有的DTP基共轭聚合物表现出较低的迁移率，为其在有机场效应晶体管的应用带来了挑战。

针对这一问题，韩国蔚山国立科学技术研究院Changduk Yang教授、Seong-Jun Yoon博士，韩国梨花女子大学Byoung Hoon Lee教授及其合作者系统研究了DTP基共轭聚合物的分子设计。他们基于四种不同电子受体设计了四种DTP基共聚物，比较了分子结构对共聚物稳定性、迁移率的影响。

在本工作中，作者首先设计合成了四种共聚物，其中P1和P2为供体-受体（D-A）型，P3和P4为供体-供体（D-D）型。之后，作者进行了热稳定性、光物理性质、电化学性质、电学性质及薄膜微观结构表征。结果表明，D-A型共聚物增强了DTP单元的非对称极性性质，从而增强了聚合物链间的相互作用，使载流子迁移率和热稳定性均增加。基于D-A型结构的共聚物P1在240℃的退火温度下展现了0.22 cm²V^-1s^-1的高迁移率，为迄今报道的所有DTP基共聚物中的最高值。

P1-P4的分子结构及其合成策略）

论文信息：

Thermally Stable and High-Mobility Dithienopyran-Based Copolymers: How Donor–Acceptor- and Donor–Donor-Type Structures Differ in Thin-Film Transistors

Seonghun Jeong, Hyeonjin Yoo, Yongjoon Cho, Seong-Jun Yoon*, Byoung Hoon Lee*, Changduk Yang*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100024

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Small

Structures

期刊简介

Wiley旗下的Small Structures创立于2020年。作为Small的姊妹期刊，Small Structures旨在成为发表关于亚宏观尺度结构研究的多学科、跨领域、顶尖旗舰期刊。稿件领域包括但不限于化学、物理、材料、工程和生命科学，类型包括原创研究、综述、展望、评论等。

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