D-A-D-C结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物及合成方法与应用

本公开属于半导体材料，具体涉及一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物及其合成方法与应用。

背景技术：

1、有机场效应晶体管具有灵敏度高、消噪能力好、可大面积加工以及很好地兼容柔性基底，被广泛应用于放大器、传感器、电路驱动器和集成电路。随着物联网(iot)与人工智能(ai)技术的发展，有机场效应晶体管向可拉伸有机场效应晶体管发展，该类可拉伸有机场效应晶体管被广泛应用于很多领域，如：射频识别标签、可穿戴电子设备、柔性显示器、电子皮肤等，成为国内外研究和投入的重点和热点。

2、其中，吡咯并吡咯二酮(dpp)基聚合物由于其具有以下优点，

3、例如，大的π共平面结构、强的吸电子能力、合成简单高效和易于烷基链修饰改进溶解性等，被广泛应用于有机场效应晶体管和有机太阳能电池的研究和应用中。然而，由于可拉伸有机场效应晶体管对拉伸性能和载流子迁移率的要求较高，直接将dpp分子用于可拉伸有机场效应晶体管则面临着可拉伸性能较差、迁移率低以及机械鲁棒性能差的问题，无法满足高迁移率与高可拉伸性的应用需求。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物及其合成方法与应用。

2、本公开的一方面，提供一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物，所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的结构式如下：

3、

4、其中，r为碳原子总数为1-10的直链烷基或碳原子总数为10-28的支链烷基；ar为芳基、杂芳基、含有取代基的芳基和含有取代基的杂芳基中的任意一种；a和b选自0-1之间的小数，且a与b之和等于1，n代表聚合物的重复单元个数，选自1-5000的自然数。

5、可选地，在所述r中，碳原子总数为1-10的直链烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基中的任一种；

6、碳原子总数为10-28的支链烷基为m-戊基庚基、m-己基辛基、m-庚基壬基、m-辛基癸基、m-壬基十一烷基以及m-癸基十二烷基中任一种，m为1-10的自然数；和/或，

7、在所述ar中，芳基选自单环芳基、双环芳基和多环芳基中的任意一种；

8、杂芳基选自单环杂芳基、双环杂芳基和多环杂芳基中的任意一种；

9、在含有取代基的芳基和含有取代基的杂芳基中，取代基为c1-c50的烷基、c1-c50的烷氧基、c1-c50的烷基硫代、腈基和卤素原子中的任意一种，取代基的个数为1-4的自然数。

10、可选地，在单环杂芳基、双环杂芳基以及多环杂芳基中的杂原子选自氧、硫和硒中的至少一种。

11、可选地，所述ar选自下述基团中的任意一种：

12、

13、其中，r1、r2均选自氢、c1-c50的烷基、c1-c50的烷氧基、腈基及卤素原子中的任意一种，n为1-5000的自然数。

14、可选地，在所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物结构式中双酯间的链段选自下述片段中的任意一种：

15、

16、可选地，所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物还包括封端基团，其结构式如下：

17、

18、本公开的另一方面，提出一种合成前文记载的所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的方法，所述方法包括：

19、获取m1单体、m2单体、m3单体；其中，

20、m1单体为r为碳原子总数为1-10的直链烷基或碳原子总数为10-28的支链烷基；

21、m2单体为

22、m3单体为y为三烷基锡基或硼酸酯基，ar为芳基、杂芳基、含有取代基的芳基和含有取代基的杂芳基中的任意一种；

23、在惰性气体、钯催化剂以及膦配体的条件下，将所述m1单体、m2单体和m3单体混匀于有机溶剂中进行反应，反应完毕后得到所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物。

24、可选地，所述惰性气体为氮气或氩气；和/或，

25、所述反应的温度范围为100℃～130℃，所述反应的时间范围为24h～72h；和/或，

26、所述m1单体、所述m2单体与所述m3单体的投料摩尔比范围为(0.1～0.9)：(0.9～0.1)：1；和/或，

27、所述钯催化剂、所述膦配体和所述m1单体的投料摩尔用量比范围为(0.01-0.05)：(0.09-0.12)：1。

28、可选地，所述钯催化剂为四(三苯基膦)钯、三(三对甲基苯基膦)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯和双(1,4-联苯膦)丁基二氯化钯中的至少一种；和/或，

29、所述膦配体为三苯基膦、邻三甲苯基膦、三(2-呋喃基)膦和2-(二叔丁基膦)联苯中的至少一种；和/或，

30、所述有机溶剂选自甲苯、氯苯和n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种；和/或，

31、所述三烷基锡基为三甲基锡或三丁基锡；和/或，

32、所述硼酸酯基为1,3,2-二氧杂硼烷-2-基或4,4,5,5-四甲基-1,2,3-二氧杂环戊硼烷-2-基。

33、可选地，所述方法还包括：

34、向含有m1单体、m2单体、m3单体以及有机溶剂的反应体系中加入苯硼酸、三甲基苯基锡或溴苯进行聚合物封端处理1h～24h。

35、本公开的另一方面，提出一种如前文记载的所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物在有机发光二极管、场效应管、柔性有源矩阵显示、有机射频电子商标、有机传感器/存储器、有机功能塑料、电子纸和太阳能电池任意一者中的应用。

36、本公开提出一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物及其合成方法与应用，其中，d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的结构式如下：

37、

38、其中，r为碳原子总数为1-10的直链烷基或碳原子总数为10-28的支链烷基；ar为芳基、杂芳基、含有取代基的芳基和含有取代基的杂芳基中的任意一种；a和b选自0-1之间的小数，且a与b之和等于1，n代表聚合物的重复单元个数，选自1-5000的自然数。通过将共轭断裂间隔物链段引入吡咯并吡咯二酮基半导体聚合物的分子结构中，以提升聚合物的可拉伸性能与迁移率，同时改善其可降解性能，满足高迁移率与高可拉伸性的应用需求。

技术特征：

1.一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物，其特征在于，所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的结构式如下：

2.根据权利要求1所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物，其特征在于，在所述r中，碳原子总数为1-10的直链烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基中的任一种；

3.根据权利要求2所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基

4.根据权利要求1所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物，其特征在于，在所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物结构式中双酯间的链段选自下述片段中的任意一种：

5.根据权利要求1至4任一项所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物，其特征在于，所述d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物还包括封端基团，其结构式如下：

6.一种合成权利要求1至5任一项所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气；和/或，

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钯催化剂为四(三苯基膦)钯、三(三对甲基苯基膦)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯和双(1,4-联苯膦)丁基二氯化钯中的至少一种；和/或，

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的应用，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的d-a-d-c结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物应用于有机发光二极管、场效应管、柔性有源矩阵显示、有机射频电子商标、有机传感器/存储器、有机功能塑料、电子纸和太阳能电池任意一者中。

技术总结本公开提出一种D‑A‑D‑C结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物及其合成方法与应用，属于半导体材料技术领域。D‑A‑D‑C结构的吡咯并吡咯二酮基三元聚合物的结构式如下：其中，R为碳原子总数为1‑10的直链烷基或碳原子总数为10‑28的支链烷基；Ar为芳基、杂芳基、含有取代基的芳基和含有取代基的杂芳基中的任意一种；a和b选自0‑1之间的小数，且a与b之和等于1，n代表聚合物的重复单元个数，选自1‑5000的自然数。通过将共轭断裂间隔物链段引入吡咯并吡咯二酮基半导体聚合物的分子结构中，以提升聚合物的可拉伸性能与迁移率，同时改善其可降解性能，满足高迁移率与高可拉伸性的应用需求。技术研发人员：吴倜,曹龙,李永鹏,俞朝晖,冯宇光,刘省珍,曹进,郑路遥,孙圣陶受保护的技术使用者：北京印刷学院技术研发日：技术公布日：2024/9/9