基于一系列典型有机半导体材料电荷传输性质的理论研究

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1、分类号：O641单位代码：10183研究生学号：2013951023密级：公开吉林大学博士学位论文张守峰2018年5月基于一系列典型有机半导体材料电荷传输性质的理论研究Theoreticalinvestigationofchargetransportpropertiesinaseriesoftypicalorganicsemiconductormaterials作者姓名：张守峰专业名称：物理化学指导教师：任爱民教授学位类别：理学博士论文答辩日期：年月日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席苏忠民教授东北师范大学委员仇永清教授东北师范大学吕中元教授吉林大学丁

2、益宏教授吉林大学刘靖尧教授吉林大学吴迪教授吉林大学陈巍教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意

3、识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：物理化学论文题目：基于一系列典型有机半导体材料电荷传输性质的理论研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编

4、）：吉林大学理论化学研究所，130023作者联系电话：15948716321中文摘要基于一系列典型有机半导体材料电荷传输性质的理论研究有机半导体材料因其价廉、质轻、可折叠、易大面积加工等优点在有机光电领域有着极大的应用前景。有机光电器件的宏观性能与有机半导体材料中的微观电荷转移过程直接相关。有机半导体从电荷转移的种类上可分为两个大类：具有单一功能的进行电子（n-型）或者空穴（p-型）传输的单极性有机半导体电荷传输材料和能同时高效进行电子和空穴传输的双极性半导体电荷传输材料。本博士论文的研究目的在于从理论化学的角度详细地理解单极性和双极性有机半导体中电荷转移的行为，建立全面的

5、结构-性质关系，包括哪些微观因素在起作用、为何该微观因素能起作用及如何调控微观因素向着我们期待的方向发展，并在此基础之上提出有效的分子设计与筛选策略。因此，我们选取了单极性的p-型苯并噻吩衍生物和n-型氮杂化并五苯衍生物及双极性的靛蓝衍生物，采用Marcus电子转移理论结合动态蒙特卡洛模拟对其电荷传输性质分别进行了系统的研究。我们的研究结果不仅揭示了单分子的结构-电荷转移性质之间的联系并且深入的研究了分子间堆积方式以及晶体结构的动态无序对电荷转移的影响，为未来设计和合成高迁移率的有机半导体材料提供了坚实的理论基础。我们的研究结论概括为以下几个方面：1.基于单极性p-型五元稠

6、环苯并噻吩有机半导体材料电荷传输性质的理论研究并五苯和低聚噻吩是过去二十余年间单极性p-型有机半导体电荷传输材料的典型代表。并五苯的空穴迁移率在实验上表现优良但在空气中极易被氧化，严重限制了其在器件中的实际应用。低聚噻吩则与并五苯恰恰相反，虽然低聚噻吩在空气中具有很好的抗氧化性，但其室温空穴迁移率往往很低，如何进一步提升空穴传输性能是低聚噻吩类材料的主要课题。我们从理论上研究了一系列的五元环苯并噻吩类单极性空穴传输材料的电荷传输性质。研究表明，噻吩环与苯环相交替的苯并噻吩系列同时具有较高的空穴迁移率和良好的氧化稳定性，是三个系列中最优的空穴传输材料。此外，我们还通过晶体结构

7、预测，从理论的角度解释了实验上对该系列中同分异构体中存在的电荷传输性质的差I异，我们的结果表明，在五元稠环苯并噻吩中同分异构现象带来的电荷传输性质的差异是来自于材料本身的分子堆积导致的，而不是实验器件的原因。我们的研究还表明，有机半导体中动力学无序对苯并噻吩类有机半导体材料一维和二维的电荷传输过程具有重要的影响，在苯并噻吩体系中发生的是声子协助的电荷传输行为。2.基于单极性n-型氮杂并五苯衍生物有机半导体材料电荷传输性质的理论研究在有机半导体微电子器件中，同时具备高性能的空穴和电子传输性能的互补电路要比单极性空穴或