基于噻吩類和萘類材料的電荷傳輸性能的理論研究.pdf

1、近年來，有機光電材料由于來源廣泛、生產(chǎn)成本低、柔性及可大面積顯示等誘人優(yōu)點成為人們研究的熱點，逐漸應(yīng)用于有機發(fā)光二極管(OLED)、有機薄膜晶體管(OFET)、有機光伏電池(OPV)等器件中，并表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。但是相比于無機光電材料，有機光電材料存在著分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、堆積形式的多樣性、分子間相互作用的難以調(diào)控性等特點，使之相關(guān)的實驗和理論研究工作面臨諸多挑戰(zhàn)與困難。
　　本論文結(jié)合量子化學(xué)和分子動力學(xué)，從理論計算的角度對典型的

2、有機光電材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系進行深入探討，尤其對于有機電子傳輸材料的分子結(jié)構(gòu)-分子間相互作用-分子堆積-電子遷移率之間復(fù)雜的關(guān)系進行了詳細的討論，希望為人們提高對有機光電材料的理解與認識提供理論支持。主要研究內(nèi)容包括以下四個部分:
　　第一部分主要深入探討了典型的光電材料-稠環(huán)噻吩及其雙氧化物的發(fā)光和傳輸性質(zhì)。從單分子水平的角度通過輻射、非輻射速率常數(shù)的計算討論了噻吩基-S,S-雙氧基的引入對稠環(huán)噻吩發(fā)光效率的影響，然后進一步通過

3、二聚體發(fā)光性質(zhì)的模擬證明稠環(huán)噻吩的雙氧化物之所以具有較高的發(fā)光效率主要源于噻吩基-S,S-雙氧基誘導(dǎo)分子聚集的減弱。結(jié)合分子動力學(xué)模擬估算了稠環(huán)噻吩雙氧化物的傳輸性能，發(fā)現(xiàn)它們具有雙極性傳輸性質(zhì)。
　　第二部分通過討論Au原子的引入對并五苯傳輸性質(zhì)的影響，建立金屬與有機半導(dǎo)體材料作用的簡單理論模型。從并五苯-Au四個異構(gòu)體的傳輸性質(zhì)計算來看，Au原子的引入位置不同會造成不同的重組能和轉(zhuǎn)移積分，其中重組能值隨著Au原子的引入位置從中

4、心到邊緣逐漸增大，轉(zhuǎn)移積分值逐漸減小。重組能的變化趨勢由Au原子與并五苯的相互作用決定，而轉(zhuǎn)移積分變化趨勢則由分子構(gòu)型和軌道分布共同決定。
　　第三部分探討了優(yōu)秀的電子傳輸材料-二萘嵌苯鹵素衍生物的傳輸性質(zhì)，重點討論了在中心核位置引入不同種類及個數(shù)的鹵素對電子傳輸性能的影響。通過分析幾何，前線分子軌道特征，分解在不同方向的重組能和轉(zhuǎn)移積分，揭示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。從分子間相互作用的角度結(jié)合分子動力學(xué)模擬分析了熱浮動對傳輸性質(zhì)的影響，

5、并通過能帶的計算進一步對傳輸性質(zhì)進行多尺度的模擬。研究結(jié)果表明這些化合物的內(nèi)重組能差異較小，轉(zhuǎn)移積分決定了它們的傳輸性質(zhì);不同取代通過產(chǎn)生各種類型的分子間相互作用誘導(dǎo)不同的分子堆積情況，進而誘導(dǎo)較大差異的電子遷移率。同時發(fā)現(xiàn)分子間相互作用能和轉(zhuǎn)移積分有一定的對應(yīng)關(guān)系。
　　第四部分針對具有高的電子遷移率和好的環(huán)境穩(wěn)定性的三種萘四羧二酰亞胺衍生物，結(jié)合考慮量子力學(xué)修正的Marcus-Levich-Jortner公式和密度泛函理論重點