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在有机电子学的发展过程中,π-共轭有机半导体材料的设计与合成一直是材料化学领域的研究热点。目前,具有给电子基团-吸电子基团(D-A)共轭结构的有机小分子和聚合物已成为研究最为广泛的有机半导体材料,这种D-A型结构可以有效的调控分子的能级、改善分子的溶解性和平面性等性能。近些年,将D-A型有机半导体材料应用于有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池(OPVs)的研究已取得了一些重要进展。噻吩异靛(thienoisoindigo,TII)是近些年被合成出的一种新型的含有酰亚胺片段的受体单元。TII可看作是苯环被噻吩取代的异靛蓝衍生物,这种取代有利于提高分子的平面性并增强分子间的π-π堆积效应。本文以探索新型、高效的有机半导体材料为目标,设计并合成了一系列基于TII的小分子和聚合物材料,并对以该系列TII材料为活性层的OFET和OPV器件的性能进行了系统的研究。1)以3-溴噻吩为起始原料合成了 TII,并初步研究TII的光学和电化学性质。在此基础上,以不同给电子能力的基团苯环、苯乙炔和三氟甲苯作为端基合成了三个D-A-D型TII小分子材料M1-M3,以及与M1相类似的DPP小分子化合物M4。密度泛函理论(DFT)计算得出使用乙炔将苯环与TII相连,可以有效的提高分子的平面性。紫外-可见光谱与循环伏安测试表明三个TII小分子材料均具有长波吸收特性和较窄的光学带隙。2)设计并合成了三个以TII为核心的D-A-D型有机小分子材料,材料中的给电子片段分别为三苯胺(TII(TPA)2)、苯并呋喃(TII(BFu)2)和萘(TII(Na)2)。这三个小分子材料均具有良好的热稳定性。TII(TPA)2、TII(BFu)2和TII(Na)2的光学能带隙分别为1.46 eV、1.49 eV和1.53 eV;利用循环伏安法测试得出TII(TPA)2、TII(BFu)2和TII(Na)2 的 HOMO 能级分别为-4.82 eV、-5.09 eV 和-5.08 eV。基于 TII(TPA)2、TII(BFu)2和TII(Na)2的有机场效应晶体管均具有p-型传输特性。其中,以三苯胺为给电基团的TII(TPA)2的最高空穴迁移率为2.64×104 cm2 V-1 s-1,尽管其溶解性较好并具有三个材料中最小的光学带隙,但其OFET器件性能远低于另外两个小分子材料;TII(BFu)2与TII(Na)2的器件性能较为相似,最高空穴迁移率分别为1.28×10-3 cm2 V-1s-1和1.29×10-3 cm2 V-1s s-1,均高于同类型基于DPP和II小分子材料的OFET性能。3)设计并合成了三个以TII为核心的D-A型共轭聚合物材料P(TII-Cz)、P(TII-BEN)和P(TII-ANT),其电子给体片段分别为咔唑、1,4-二乙炔基苯和9,10-二乙炔基蒽。三个聚合物均为未定型结构并具有良好的热稳定性。三个聚合物均具有较窄的光学带隙,P(TII-Cz)、P(TII-BEN)和 P(TII-ANT)的能带隙分别为 1.52 eV、1.49 eV 和 1.24 eV,HOMO能级分别为-5.27eV、-5.35eV和-5.10eV。利用DFT对三个聚合物材料的分子结构进行模拟及优化,计算结果表明P(TII-BEN)和P(TII-ANT)的分子具有很好的共平面性。此外,以聚合物P(TII-Cz)、P(TII-BEN)和P(TII-ANT)为电极材料的电容性能利用三电极体系进行研究,当电流密度为0.5Ag-1时,其比电容分别为21.7 F g-1、40.3 F g-1 和 23.1 F g-1。基于 P(TII-Cz)、P(TII-BEN)和 P(TII-ANT)的有机场效应晶体管,其最高空穴迁移率分别为3.44×10-3 cm2 V-1 s-1、4.38×10-3 cm2 V-1 s-1和9.40×10-3 cm2 V-1 s-1。利用XRD和AFM对三个聚合物的分子堆积形态及薄膜形貌进行了测试并分析了其与器件性能之间的关系。4)基于TII的有机半导体材料均具有较宽的光谱吸收范围、合适的前线轨道能级以及较好的载流子传输性能,这些性质使得TII小分子材料和聚合物在有机太阳能电池领域有着潜在的应用前景。以TII(BFu)2、TII(Na)2、P(TII-BEN)和P(TII-ANT)为给体材料,PC71BM为受体材料制备了基于TII有机半导体材料的本体异质结型有机太阳能电池器件,器件结构为 ITO/PEDOT:PSS/TII-based materials:PC71BM/Al。基于TII(BFu)2和TII(Na)2的器件光电转换效率分别为1.24%和1.04%;基于聚合物P(TII-BEN)和P(TII-ANT)的器件光电转换效率分别为1.59%和1.90%。利用XRD和AFM对TII小分子化合物和PC71BM的混合材料薄膜形貌进行了测试和分析。