北京普天同创生物科技有限公司

  • CNAS实验室认可证书
  • 标准物质定级证书
  • 豫南检测资质认定证书
  • 质量管理体系认证证书
  • 农产品资质证书
  • 伟业计量高企认证证书
  • 中国计量测试学会合作单位
新闻
  • 产品
  • 仪器
  • 新闻
  • 帖子
  • 课堂

在线客服

含氟化合物在有机电子器件中的应用(二)

发布时间:2018-01-23 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:925

对芳香族化合物的氟化也可以作为影响其相对取向甚至是π体系平面间距的一种手段,因而可以通过前线轨道的重叠来调节转移积分(图式8.16和图8.15)。一个伸展的π共扼体系,它的高度氟化的部分倾向通过四极相互作用和相对富电子的部分发生作用。这种芳香族化合物的局部氟化不仅仅影响分子的取向,在很多情况下还会减少芳香结构面对面或边对边的距离,从而显著地提高转移积分。通常情况下,氟化能使芳香体系的超分子结构从边面鱼骨形排列(herringbone arrangement)向π-堆积的形式转化,有利于分子间电子传递(85和86)。类似的概念也适用于高分子有机半导体。交替排列的贫电子和富电子结构片段不仅仅会减少能带间隙,而且会形成更紧密的堆积、更有序的晶型排列,因而具有更高的电荷迁移率。

图式8.16  利用氟化生成n型或双极半导体的实例

图8.15  化合物85不同部分的互补静电势能(a)(负电荷和正电在-0.021e和0.030e之间)所引起的紧密的、反平行的晶体堆积(b)电荷沿着堆积的轴向传递

对于小分子的芳香化合物,这种方式通常会产生线性的、芳烃呈反向平行排列的一维π-堆积。这会使电荷载体迁移的主渠道被局限在一维方向,导致电荷传递极易受到结构本身缺陷的阻碍。芳香砌块以类似于砌砖的二维方式排列,可以达到更好的、更倾向于各向同性的电荷载体迁移的效果。实际应用中,已经通过在芳香骨架中间引入大体积的取代基团实现了这种堆积方式(图式8.17)。

图式8.17  二噻吩并蒽衍生物87的晶体结构是由大体积的三乙基硅乙炔基取代基的空间排斥作用所控制的,这种排斥作用阻止了共平面堆积。右图显示,该结构受到硫原子和氟原子间的相互作用及氟原子和氟原子间的相互作用而稳定

芳香族化合物的氟化不仅通过平面间的相互作用影响二一堆积的形式,更微妙的是,在芳烃边缘间电负性的氟原子与电正性的氢原子,卤素原子或硫原子之间由弱的静电相互作用形成的弱键作用,也对晶体结构形态起到一定的影响(图式8.17)。

另一个晶体设计的例子是利用如图式8.18所示的芳基-全氟芳基的堆积来优化电荷载体迁移性。在这里,分子之间通过全氟苯基和苯基部分的相互作用而彼此接近。

图式8.18  化合物88的合成和晶体堆积(框内)。苯基和五氟苯基平面的距离是337pm,标记的F…H距离是240pm

含氟有机薄膜晶体管(OTFTs)的一个可能的实际应用例子就是将其设计为逆变器,印刷在纸币上,作为一种可靠的防伪方法。八氟铜酞菁被用做n-沟道的材料。

含氟有机半导体的一个主要优点是它们常常能显著增强材料的化学和光学稳定性。除了能够修饰晶体结构或电子性能外,含氟结构单元的还被用来调控有机半导体材料的溶解度,从而简化合成与纯化有机半导体材料的过程(图式8.19)。

全氟烷基侧链的亲氟作用可用来诱导自发的相分离过程(图8.16),可在聚合的p型液晶半导体[聚(3-十二烷基噻吩)(P3DT)]表面形成约3nm厚的氟相单分子层。在一个大的异质结有机光伏电池(OPV)中,氟相层具有两个功能:它降低了P3DT本体相的表面能,并且形成了一个局部的偶极矩,将电离能提高到+1.8eV。从而形成一个P型和n型半导体的缓冲层,以防止不利的电荷间的重新结合。

图式8.19  聚(对苯撑乙炔)衍生物的氟两相合成:加热时,在均一相中发生聚合反应。冷却以后,氟相分离出来。根据取代基R的不同,聚合物可溶在有机相中(R=OC14H27)或氟相中(R=C6F13)。

自组装单分子膜(SAMs)常常用来在金属电极(典型的有金、银或铜)上形成一层偶极薄膜,以此来调整它们的功函与有机半导体的HOMO轨道或LUMO轨道能量水平相匹配(图8.17)。这种匹配是为了避免在电荷注入过程中产生能垒。尤其是,对氟化的自组装单分子膜(SAMs)还有一个额外的功能,即可以对电极或电介质(在底栅TFTs中)的表面能进行调整,进而影响与之直接接触的半导体的形态。在OFET中,载流子的最高浓度区域主要处在与电介质直接接触的大约2 nm厚的半导体层中。因此,在这个接触区域对半导体形态的影响,常常会显著地增强OFET的性能。

通过氟化往往会提高OFET电介质的某些性能:①大多数的含氟聚合物具有很低的介电常数,这通常有利于获得高场感应的载流子迁移率,对于无定形有机半

图8.16  在不含氟的本体材料上端,半氟化的侧链隔离在聚合物表面并形成一个具有非常低表面能的偶极层

导体这个作用更加明显。②它们的低表面能通常能使相邻的半导体层的形态在一个相对远的距离上进行控制,这对于载流子迁移性和OFET的性能极其有利。③含氟聚合物如CYTOP(图式8.20)可溶在全氟溶剂中,而典型的有机半导体只溶于碳氢烃类溶剂中。这种“正交溶解性”有助于多层结构印刷,避免了任何功能层被其上面后继印刷的结构层溶解或污染。

评论

登录后才可以评论

立即登录
分享到微信
关闭
普天同创
请告知您的电话号码,我们将立即回电

通话对您免费,请放心接听

温馨提示:

1.手机直接输入,座机前请加区号 如18601949136,010-58103629

2.我们将根据您提供的电话号码,立即回电,请注意接听

3.因为您是被叫方,通话对您免费,请放心接听