含乙烯桥连的NDI聚合物的双极性场效应性能研究

　　近年来，溶液法加工聚合物场效应晶体管材料取得了重大进展，特别是利用单极性 (p-型或n-型) 聚合物半导体材料构造了许多高性能、空气稳定的聚合物场效应晶体管器件。另外，通过集成两种不同的p-型和n-型聚合物半导体材料，开发了一些高性能的倒向器。然而，这类倒向器制备过程相对繁琐，对加工设备和技术要求高。为了简化器件构造步骤，开发双极性聚合物半导体材料是解决这一问题的有效方法。中国科学院化学研究所的于贵研究组选用 (E)-2-(2-(噻吩-2-基)乙烯)噻吩 (TVT) 为电子给体单元和 萘酰亚胺（NDI）为电子受体，设计合成了一类乙烯桥连的 D–A 型聚合物 PNVTs，并对其场效应晶体管特性进入了深入的研究，相关的研究成果发表在2013年9月5日的《Chemistry of Materials》上。　　

　　该研究组研究发现，与同文献报道的聚合物 P(NDI2OD-T2) 相比，基于PNVT-8和PNVT-10薄膜构造的三种结构的OFET器件的电子迁移率都比 P(NDI2OD-T2) 的高出 3~5 倍，同时还获得0.10~0.30 cm²/V^-1 s^-1的空穴迁移率。值得一提的是：在湿度为 20~40% 的空气中，PNVT-8和PNVT-10 顶栅薄膜晶体管器件表现出空气稳定的双极性传输特征，其最高电子和空穴迁移率分别达1.57 和0.30 cm²/V^-1 s^-1。这些结果展示了聚合物 PNVTs 在柔性电子电路中的应用潜力。　　

　　 利用北京同步辐射装置1W1A-漫散射实验站的GIXRD分别获得三种材料薄膜的微观分子排列情况。通过对比含相同烷基链取代的聚合物PNVT-8 和P(NDI2OD-T2) 可以发现，层状堆积结构的 (l00) 衍射峰清晰看见，其中 (100) 衍射峰的 2q 角分别为 3.85和 3.7^o，对应的层间距d-d分别是22.92和23.85Å，更小的层间距表明乙烯双键的引入有效地加强了PNVT-8的骨架堆积。从面外模式的GIXRD数据分析得知：聚合物 PNVT-8，PNVT-10 和 P(NDI2OD-T2) 薄膜的 (010) 衍射峰分别出现在23.4、23.1和22.8^o处，相对应的 π-π 堆积距离分别为 3.80、3.85和3.90 Å。更小的p-p 间的距离显示着更强的分子间的作用力。 

　　我们成功合成了PNVTs 系列聚合物，并取得了优异的双极性场效应特性。结果展示了聚合物 PNVTs 在柔性电子电路中的应用潜力。同步辐射光源帮助该研究组准确解释了该系列材料具备优异特性的内在原因。中国科学院化学研究所的于贵教授这样描述他们的工作：“同步辐射源的GIXRD装置是我们获得优秀成果的重要手段，也是目前国际使用的统一标准，更好的同步辐射光束线将必定会更有助于分析那些具有优异场效应特性薄膜的微观结构和分子排列”。