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氟代对载流子传输性能影响的理论研究

作　者: 张冰
导　师: 阚玉和
学　校: 东北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 氟代有机载流子传输材料传输性质能带模型密度泛函理论
分类号: O641
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

自从1986年，第一个有机薄膜场效应晶体管(OTFT)材料被Tsumura等科学家发现以来，薄膜场效应晶体管材料就以其价格低廉、形式多样和加工便利等优势引起科学家的重视。但是相对于无机场效应晶体管材料而言，其分子结构比较多变、分子间弱相互作用不容易调控给其研究和商业化的应用带来了困难。结合密度泛函理论和Marcus跳跃模型，从理论上对典型的有机晶体管材料的结构与性质之间的关系进行深入探究，揭示了电荷传输的机制，有助于对实验现象的进一步了解，希望对实验上的设计和合成给予指导意义。主要分以下二个重要部分：第一部分探讨了氟代有机晶体管材料-寡聚噻吩衍生物的传输性能。结合考虑Marcus公式和密度泛函理论分别从几何和前线分子轨道特征、重组能、转移积分及迁移率等方面研究了氟代寡聚噻吩系列衍生物中噻吩环个数、全氟代苯位置的改变及F原子的引入对体系载流子传输性质的影响.计算结果表明，随着噻吩单元个数的增加迁移率也逐渐升高，因此可以通过增加噻吩单元的个数来提高载流子的迁移率；而氟代苯位置的改变对传输性质产生了较大的影响，理论计算表明由于1D具有良好的平面性和π-π堆积，因此传输性质最好。第二部分探讨了优秀的空穴传输材料-红荧烯衍生物的传输性质，重点讨论了F原子的引入对电子传输性能的影响。通过分析几何，电子结构，重组能和转移积分，揭示结构与性质的关系。同时为了模拟载流子的多方向传输性能，我们又基于晶体结构进行了能带结构的计算。计算结果表明PPT和FPPT两个化合物的内重组能比较接近，转移积分之间差异决定了它们迁移率的不同；同时发现分子间的弱相互作用能和转移积分有一定的对应关系。基于此，我们设计了一个高迁移率的分子，通过晶体结构预测及传输性质计算验证了结论，这为实验的合成具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章前言  8-14
  1.1、引言  8
  1.2、常见的有机载流子传输材料及其分类  8-13
    1.2.1 空穴传输材料  8-10
    1.2.2 电子传输材料  10-12
    1.2.3 双极性载流子传输材料  12-13
  1.3、研究目的及研究内容  13-14
    1.3.1 研究目的  13
    1.3.2 研究内容  13-14
第2章理论基础和计算方法  14-18
  2.1 有机半导体材料的理论模型  14-15
    2.1.1 标准宽带模型  14
    2.1.2 极化子模型  14
    2.1.3 跳跃模型  14-15
  2.2 载流子迁移率的计算方法  15-16
    2.2.1 重组能的计算方法  15
    2.2.2 转移积分的计算方法  15-16
  2.3 晶体结构的预测  16-18
    2.3.1 盲测  17
    2.3.2 步骤  17
    2.3.3 软件  17
    2.3.4 有机分子最为常见的空间群  17-18
第3章氟代寡聚噻吩系列衍生物载流子传输性质的理论研究  18-27
  3.1 引言  18-19
  3.2 计算方法  19-20
  3.3 结果与讨论  20-26
    3.3.1 分子几何结构  20-21
    3.3.2 前线分子轨道  21-22
    3.3.3 电离势和电子亲和势  22
    3.3.4 重组能  22-23
    3.3.5 转移积分  23-25
    3.3.6 迁移率  25-26
  3.4 结论  26-27
第4章氟原子在提高载流子传输材料中迁移率中的作用  27-39
  4.1 引言  27-28
  4.2 计算方法  28-29
  4.3 结果和讨论  29-38
    4.3.1 几何和重组能  29-31
    4.3.2 电子结构  31-32
    4.3.3 转移积分和分子间的相互作用  32-34
    4.3.4 迁移率  34-36
    4.3.5 能带结构  36-37
    4.3.6 晶体结构预测  37-38
  4.4 结论  38-39
参考文献  39-47
致谢  47-48
在学期间公开发表论文及著作情况  48

氟代对载流子传输性能影响的理论研究

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