氟化、取代基和氫鍵對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料性質(zhì)影響的研究.pdf

1、由于有機(jī)半導(dǎo)體材料具有輕便、價(jià)格便宜和形狀可變等特點(diǎn)，因此它具有廣泛的應(yīng)用前景，受到實(shí)驗(yàn)和理論研究的廣泛關(guān)注。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)了一些有機(jī)半導(dǎo)體材料，按照導(dǎo)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(dú)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(jī)半導(dǎo)體材料，通過(guò)密度泛函理論，研究修飾基團(tuán)對(duì)材料性質(zhì)（導(dǎo)電性、導(dǎo)電類型轉(zhuǎn)化等）的影響，并探討氫鍵在材料導(dǎo)電性質(zhì)中的作用。研究?jī)?nèi)

2、容和結(jié)果主要包括三個(gè)方面：（1）氟取代對(duì)噻吩衍生物有機(jī)半導(dǎo)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(shí)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料ADI的改性作用；（3）氫鍵對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料導(dǎo)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(chǔ)上對(duì)噻吩低聚物進(jìn)行了雙邊全氟化改造，并對(duì)雙邊全氟化、單邊氟化和沒(méi)有氟化的有機(jī)分子的重組能、HOMO(LUMO)的能級(jí)軌道、垂直電離

3、能、電子親和勢(shì)以及載流子遷移率等主要性進(jìn)行了對(duì)比研究。氟化可以改變有機(jī)半導(dǎo)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(shí)現(xiàn)p型到n型的轉(zhuǎn)變。
　　對(duì)有機(jī)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(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)太陽(yáng)能材料。本文的第二個(gè)方面研究是在ADI分子的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同的取代基和不同位置的取代來(lái)尋找合適的有機(jī)半導(dǎo)體分子?；贏

4、DI分子及其衍生物，本文對(duì)十種有機(jī)ADI分子的重組能、分子軌道、垂直電離能、電子親和勢(shì)以及單晶結(jié)構(gòu)中的載流子遷移率等性質(zhì)進(jìn)行了理論模擬和比對(duì)。結(jié)果表明取代基的不同對(duì)有機(jī)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(chǔ)。
　　有機(jī)半導(dǎo)體中載流子遷移率主要受有機(jī)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(xué)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(duì)含有氫鍵的一些有機(jī)分子從理論上研究氫鍵對(duì)有機(jī)半導(dǎo)

5、體導(dǎo)電性的研究。結(jié)果表明分子間氫鍵不僅加強(qiáng)了分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且還改變了分子的平面和聚集程度。通過(guò)加大二聚體之間的π-π堆積強(qiáng)度，增加了分子之間的電荷轉(zhuǎn)移積分，并進(jìn)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(huì)直接影響電子（空穴）的轉(zhuǎn)移積分。同時(shí)，由于氫鍵增強(qiáng)了載流子的轉(zhuǎn)移積分，可能會(huì)導(dǎo)致材料從單一類型的導(dǎo)電特性向雙極性導(dǎo)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(jī)半導(dǎo)體材料載流子傳輸性能的特點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化