近20年来,有机光电材料的研究引起了人们极大的兴趣。一方面,有机场效应晶体管在大面积、低成本、柔性化等方面存在很大的潜力而备受关注。然而有机场效应晶体管目前面临着一个很大的问题就是器件的性能低。要得到高性能的场效应晶体管的关键是要探讨材料的结构和性能的关系,进一步研究其电荷传输的机理。有机薄膜通常是微晶颗粒构成的多晶膜,存在着大量的结构缺陷和晶界,不能够反应材料的本征性能,因此难以将器件性能提高到本征的迁移率。而单晶由于分子的长程有序排列,避免了晶界的存在及最小化的杂质和缺陷,是揭示有机半导体材料本征性能和获得高迁移率场效应晶体管的最佳选择。另一方面,有机发光材料的一个最大的问题就是很多有机分子在溶剂里发光很强,但固态下却发生荧光的猝灭。这在很大程度上限制了其在发光二极管、生物探针和离子传感器等方面的应用。基于以上考虑,本论文围绕有机光电材料分子的设计、机理的探索以及应用方面展开,研究了联苯骨架上引入不同官能团对晶体堆积结构和器件性能的影响、类似并五苯分子结构的生物碱eilatin的器件性能、单晶器件的三维各向异性以及电荷传输机理、聚集态诱导荧光增强的机理和Cu2+传感器方面的应用。主要研究内容如下：1.通过改变取代基,设计合成了联苯乙烯基衍生物BNVBP、BBVBP和BPVBP,并制备了薄膜场效应晶体管器件。BNVBP器件性能最高,达到0.25cm2/V>s。通过改变蒸镀工艺,我们制备了高度有序的薄膜,使得器件的性能得到很大的提高(0.4cm2/V>s)。我们从分子的堆积结构、作用力大小和结晶性进行了详细的探讨。在此基础上,我们合成了大共轭体系的生物碱衍生物eilatin,并研究了薄膜器件的性能和晶体结构之间的关系。2.利用上述的联苯乙烯基衍生物BNVBP,我们通过双温区管式炉生长出两种不同形貌的单晶。通过XRD, SEM和TEM等表征了两种不同形貌的单晶是同一种晶体由于分子在衬底上的不同生长取向造成的。通过“有机单晶掩膜技术”对这两种不同形貌的晶体构筑了单晶场效应晶体管器件,研究了单晶的三维各向异性,其器件的迁移率最高达到2.49cm2/V>s,并详细的阐述了器件性能、电荷注入和传输、晶体结构之间的关系。研究结果对以后的场效应晶体管材料的设计和器件制备方面有着很大的帮助。3.通过对固体荧光猝灭原因的探索,设计合成了具有聚集态诱导荧光增强的化合物TBBH和TBBF。通过对化合物紫外吸收和荧光发射光谱的分析,我们发现在聚集态诱导荧光增强的过程中伴随着新的发射峰出现即分子结构发生改变。我们构建了激发态质子转移的过渡态理论模型,通过溶剂化效应、pH效应、NMR谱图、IR谱图、能级轨道和晶体结构等方面对其证实。激发态质子转移的过渡态理论模型成功的解释了TBBH和TBBF的AIEE效应产生的原因和构型变化的过程。4.由于化合物TBBH独特的分子构型,我们探索了TBBH金属离子传感器方面的性能,发现TBBH对Cu2+的检测具有肉眼可视化、单一选择性、高灵敏度和响应时间的特点。通过滴定反应、理论计算和光谱的研究,我们确定了TBBH与Cu2+的结合方式和络合物的结构式。5.由于TBBH的绿色化合物属性和对Cu2+的传感器具有肉眼可视化的效果,我们初步的制备和探索了Cu2+检测试纸,并且取得了很好的效果。
