基于喹吖啶酮和苯并噻二唑单元的聚合物的合成及其在场效应晶体管中的应用

　　有机聚合物应用于场效应晶体管具有低成本、易成膜、可与柔性衬底兼容、适合低温加工等优点，但是聚合物链结晶性较差，缺乏长程有序，因而不利于聚合物晶体管迁移率的提高，从而限制了这类器件的商业化应用。为了解决这一难题，近年来大量刚性的π共轭单元被开发并用于聚合物的合成，迁移率得到了明显提高。其中具有给受体交替结构的聚合物得到广泛关注，因为这类聚合物中给受体单元之间的相互作用使得聚合物链间堆积更加紧密，从而有利于载流子的传输。然而，关于共轭骨架上链的修饰对聚合物链整体堆积的影响的研究并不多见。 

　　中科院化学所的研究人员以喹吖啶酮为给体单元、苯并噻二唑为受体单元合成了两种聚合物，其中喹吖啶酮被首次制备成硼酸酯并用于给受体型聚合物的合成。这两个聚合物的差别在于其中一个聚合物的受体单元苯并噻二唑上连接了烷氧链。烷氧链的引入对聚合物的光化学、光物理性质都有明显影响。高斯计算结果也表明引入烷氧链之后聚合物的平面性有很大改善，原子力显微镜证实聚合物薄膜的表面形貌也有较大差别。进一步，通过北京同步辐射装置1W1A-漫散射实验站的掠入射X射线衍射实验对聚合物薄膜的分子堆积进行深入研究，发现引入烷氧链之后，聚合物的结晶性明显提高，具有face-on 和edge-on 两种构型，计算得到聚合物链间距离为21.5Å，π-π间距为4.0 Å，制备的场效应晶体管迁移率高达0.30cm²·V⁻¹·s⁻¹，而不含有烷氧链的聚合物薄膜则呈现无定型结构，导致其迁移率只有5.77×10^-3 m²·V⁻¹·s⁻¹。 

　　   图1 聚合物的结构以及输出曲线　　 

　　图2（a）表示两种聚合物面外的衍射，图（b）表示两种聚合物面内的衍射，图（c）、(d)分别表示两种聚合物薄膜的内部堆积示意图。 

　　该研究结果表明，除了聚合物共轭骨架本身的研究之外，共轭骨架上烷基链的修饰对器件的性能也有很大影响。由于制备器件的聚合物薄膜厚度只有20-50 nm，因而普通的XRD手段很难探测到聚合物薄膜的微观结构，北京同步辐射的小角X射线衍射实验站为这类研究提供了便利，下一步将利用变温实验探究共轭聚合物链的运动情况以及结晶性的变化过程。