导读:本文包含了载流子传输性质论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:电荷传输,有机半导体,TIPS-Pentacene,双极性传输材料
载流子传输性质论文文献综述
范建训[1]（2019）在《卤代/杂环并苯衍生物载流子传输性质的理论研究》一文中研究指出有机半导体材料具有质轻、价廉、柔性、透明、易加工等优点在镭射识别标签(RFID)、有机场效应晶体管(OFET)、有机光伏(OPV)、有机发光显示(OLED)和传感器等下一代光电器件中具有广阔的应用前景,越来越受到科研界和工业界的关注。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传输过程直接相关。有机半导体材料从电荷传输的种类上可分为两个大类:具有单一传输功能空穴(p型)或者电子(n型)的单极性材料和能同时高效传输空穴和电子的双极性传输材料。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传输的行为,建立全面的结构-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,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p型的6,13-双(叁异丙硅基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)、单极性的n型6,13-双(叁异丙硅基乙炔基)喹喔啉并[2,3-b]吩嗪(TIPS-TAP,3a)及卤化衍生物和双极性的噻吩、氮杂并五苯衍生物,采用马库斯(Marcus)/全量子隧穿电荷传输理论结合动态蒙特卡罗模拟对其电荷传输行为分别进行了系统的研究。我们还研究了DPP高聚物中引入噻吩浓度对材料双极性的调控作用。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.并五苯衍生物环内/外取代电荷传输性质的理论研究使用密度泛函理论和经典Marcus电荷转移理论研究了一系列并五苯衍生物--卤素、噻吩-和吡啶分别和共同取代的并五苯衍生物的电子性质和电荷传输性质。通过对空穴和电子传输性质集中研究,以深入了解卤化和杂原子取代对电荷载体的传输和注入的影响。计算结果表明,氟化和氯化可有效降低LUMO能级,调节空穴/电子重组能(λ_h/λ_e),改善晶体结构的堆积模式,增强双极性。氯化提供了更好的双极性。在卤素取代的基础上,用噻吩或吡啶取代TIPS-PEN的末端苯环将大大降低LUMO水平,改善堆积模式,使其成为双极性传输材料。因此,环内和环外取代都有利于增强TIPS-PEN的双极性传输性质。2.卤化与吡嗪取代对硅烷基乙炔基并苯传输性能的协同效应理论研究采用跳跃模型下的量子核隧穿效应与动力学蒙特卡罗模拟以及动态无序效应相结合,研究了一系列卤素取代的氮杂TIPS-PEN衍生物的电荷传输性质。基于单分子晶体结构和理论预测的晶体结构,阐述了卤素和氮杂体系的电子结构和动态无序效应及其对电荷传输行为的影响。一方面,本研究揭示了TIPS-PEN中苯环从外部到内部分别被一个或两个吡嗪环取代的载流子传输的规律性,表明两个内部吡嗪环的取代,可以使空穴传输大大降低。同时,内吡嗪环主要通过提高空气稳定性和使π堆积致密化来改善电子传输性能。另一方面,研究阐述了氯化对氮杂TIPS-PEN衍生物的两种载流子传输的微妙调谐效应,表明氯化可以有效地平衡电子和空穴重组能,减小并苯骨架长、短轴的滑移距离,使得空穴、电子传输积分值更相近,从而实现更平衡的双极传输特性。单吡嗪取代和氯化作用在并苯上的配合是获得双极传输性质的有效方法。此外,动态无序效应对空穴传输积分的影响大于电子传输积分。综合考虑电荷注入便利性和本征传输迁移率的大小,8,9,10,11-四氟-6,13-双((叁异丙硅基乙炔基)乙炔基)萘并[2,3-b]吩嗪(2b)和四氯-6,13-双((叁异丙硅基乙炔基)乙炔基)喹喔啉并[2,3-b]吩嗪(3c)表现为电子传输材料,而8,9,10,11-四氯-6,13-双((叁异丙硅基乙炔基)乙炔基)萘并[2,3-b]吩嗪(2c)表现出良好的双极传输特性,其平均空穴/电子迁移率为3.64/2.21cm ~2 V~(-1) s~(-1)。3.DPP与寡聚噻吩共聚物电荷传输性质的理论研究利用DFT方法对吡咯并吡咯二酮(DPP)与噻吩共聚形成的寡聚物(PDPP-NT)_m的电子结构及二体堆积模型的电荷传输性质进行理论研究。结果表明,随着共聚物单元内DPP浓度增加,也即噻吩数减少,i)共聚物分子的HOMO和LUMO能级同时降低,并且HOMO-LUMO带隙变小;ii)链内相邻的DPP单元的电子波函数有效重迭增大,显着改善了链内的电子传输能力;iii)分子主链的刚性增强,使分子链间LUMO轨道重迭增强,电子传输积分增大;ⅳ)最终体系由p型向双极性(ambipolar)材料转化。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
时雅瑞,魏慧玲[2]（2016）在《有机半导体材料分子载流子传输性质研究》一文中研究指出有机半导体材料在科学研究和实际应用上拥有巨大的发展空间和价值,但是科学家们对于载流子传输过程本质的理论探讨却显得比较缺乏。在实验合成与测定分子器件和材料分子的过程中,有机材料的性质和结果容易受到外界和实验条件的干扰,所以科学家们往往不能通过实验测定结果来对有机半导体分子结构变化对其载流子传输和光学性质影响结果做出充分判定,理论的计算却可以避免外界条件的影响,只对几何分子结构和迁移率大小进行量化的分析,模拟载流子在有机材料中(本文来源于《第六届全国计算原子与分子物理学术会议论文集》期刊2016-08-05）
郭庆[3]（2015）在《蒽及其衍生物载流子传输性质的理论研究》一文中研究指出有机光电功能材料由于其柔性、成本低、易调节性等优点而在过去的几十年中不管是在科学研究方面还是在应用领域中都得到了越来越多的关注。目前,有机光电功能材料被广泛地用来制备各种各样的光电子器件,如有机太阳能电池,有机发光二极管,有机场效应晶体管等。载流子迁移率是决定光电子器件性能的重要参数之一。设计合成出高迁移率的新型有机光电功能材料一直以来是一项艰巨任务。目前,科学工作者得到的有机新材料在室温下的薄膜迁移率已经高达1~10cm2/V·s,在单晶中迁移率更高。有机光电功能材料的载流子传输性质的理论研究可以追溯至二十世纪五十年代。1959年,Holstein提出了描述有机固体材料中电子运动的小极化子模型,但由于在求解过程中,无法评估近似的应用性而限制了其应用。另一方面,B?ssler等人提出了描述有机电子器件的无序模型。从微观角度来看,主要有两类载流子传输模式:描述离域电子的连续模型和描述定域电子的跃迁模型。这其中Brédas等人基于半经典的Marcus电子转移理论和第一性原理计算,通过分子间的传输积分和分子的重组能的计算来预测载流子传输性质,得到了广泛的应用。本文正是基于这一理论,选取了有机小分子蒽及其衍生物9,10-二(邻,间,对)吡啶乙烯基蒽的晶体为研究对象,研究了分子的几何构型,分子前线轨道,重组能,传输积分,载流子迁移率等特性,优化了理论方法,阐明了分子几何构型和分子间相互作用与材料载流子传输性质之间的关系。主要研究内容及结果如下:首先,我们选取了经典的有机小分子蒽的晶体为研究对象,基于密度泛函理论(DFT)方法,采用B3LYP/6-31(d,p)基组研究了蒽晶体的分子结构,重组能,基于PW91PW91/6-31(d,p)基组计算了电荷传输积分,最后通过Einstein方程得到了蒽晶体的载流子迁移率,其空穴迁移率为0.662cm2/V·s,电子迁移率为0.590cm2/V·s。结果表明,理论计算得到的载流子迁移率处于实验结果数值范围内,说明我们采用的理论方法是准确可行的;与其他理论计算结果相比较可知,适宜的理论计算方法以及尽可能准确的传输积分路径,可以确保得到准确性可靠的理论计算结果。其次,我们基于密度泛函理论,系统研究了9,10-二(邻间对)乙烯基蒽衍生物BP2VA,BP3VA和BP4VA的电子结构和载流子传输性质,他们的不同之处在于9,10-二乙烯基蒽和吡啶间的链接方式分别为邻位、间位和对位。计算结果表明,对于这叁种晶体来说,理论计算的空穴迁移率约是电子迁移率的几十倍。9,10-二乙烯基蒽和吡啶之间邻、间、对的链接方式不仅影响着了分子的几何构型,进而导致重组能的不同,而且还影响了分子间相互作用,进而导致传输积分的不同,从而对材料的载流子迁移率产生了很大影响。BP2VA,BP3VA和BP4VA的载流子迁移率的数值具有一致的变化趋势,即BP4VA>BP2VA>BP3VA,表明9,10-二乙烯基蒽和吡啶间对位的链接方式能够有效降低晶体形态中周围分子的空间位阻效应。对于BP4VA来说,我们计算得到了约为1 cm2/V·s的空穴迁移率。研究结果对于设计合成具有高载流子迁移率的有机半导体材料,尤其是对于具有多个功能团,且功能团间可以通过邻间对的链接方式相连的有机半导体材料,具有一定的指导意义。最后,我们基于Marcus电荷传输理论研究了具有叁种不同晶体结构(α-,β-,γ-BP2VA)的BP2VA分子材料的载流子传输性质。通过对重组能、传输积分和迁移率的计算和分析,阐明了BP2VA分子电荷传输性质与晶体结构间的关系:(1)叁种晶体结构类型均有利于空穴的传输,其中β-BP2VA晶体结构的空穴迁移率高达~1 cm2/V·s。(2)分子间呈错位共面的π堆积结构,适当的中心距离,分子轨道同相且重迭,分子间存在弱相互作用等可以获得较大的传输积分数值,从而获得较高的载流子迁移率。(3)气态下单个分子的重组能和考虑到周围近邻分子的空间效应后的镶嵌分子的重组能的比较可知,BP2VA分子的重组能依赖于分子间的相互作用。上述研究结果有助于我们更加深入地了解电荷传输性质与有机半导体材料结构之间的关系,对于设计高载流子迁移率的有机光电功能材料具有十分重要的意义。(本文来源于《吉林大学》期刊2015-12-01）
关琳[4]（2015）在《并苯功能化对分子堆积方式及载流子传输性质的影响》一文中研究指出近年来,有机半导体材料得到了越来越多的关注,相比传统的硅晶体管材料具有许多优点。例如,生产成本低、能大面积制造、性质可调等。在当前应用的有机半导体材料中,并苯及其衍生物因其突出的光电子性质已成为使用最广泛的半导体有机材料之一。本论文以几类含氮、卤素杂原子、硅烷基等并苯及其衍生物有机分子为主要研究对象,深入研究了这些化合物的几何构型、电子性质、分子堆积方式和载流子迁移率等性质。此外,基于结合能计算数据进一步解释了分子间相互作用与分子堆积方式的关系。本文的研究力求为设计具有高的空气稳定性、高载流子迁移率的半导体有机材料提供理论参考。研究内容主要包括以下两部分：1.基于密度泛函理论(DFT),结合不连续的电荷跳跃模型(incoherent charge-hopping model),研究了叁种空气稳定的并七苯衍生物,即1.18,4.5,9.10,13.14-tetrabenzoheptacene(TTBH) 6,8,15,17-tetraaza-tetrabenzoheptacene(TTH)和6,8,15,17-tetraphenyl-tetrabenzoheptacene(Ph-TTBH)。以母体TTBH为基本结构单元,系统分析了氮掺杂(TTH)和苯取代(Ph-TTBH)对分子结构、电子性质、分子堆积方式和电荷传输等性质的影响。利用B3LYP-D3进行二聚体结合能的扫描,进一步阐明了分子间作用力与堆积方式的关系。计算结果表明,通过在6,8,15,17位置的氮掺杂可以提高空气稳定性和电子注入能力,其分子间C-H…N相互作用显着改变了分子堆积方式。对于TTBH和TTH,晶体紧密的π堆积使得分子具有大的空穴(μh)和电子(μe)迁移率。相比之下,在6,8,15,17位置的苯基取代Ph-TTBH使分子呈现非平面构象,不利于分子的紧密堆积,因此导致较小的电子／空穴迁移率。TTBH和TTH有望成为优异的双极器件材料的候选者。2.采用B3LYP/6-31 G++(d,p)//B3LYP/6-31 G(d)方法研究了4个TIPS-并四苯及其衍生物的分子构型、重组能、前线轨道、电离势及电子亲和势。应用传统的Marcus-Hush电子跳跃模型在PW91PW91/6-31G(d)水平上计算转移积分,预测其载流子迁移率。计算结果表明,TIPS及杂原子的引入保持了骨架分子的平面共轭结构。虽然TIPS取代并四苯引起重组能有所升高,二聚体质心距增大,不利于电荷传输。但TIPS和N原子(或者TIPS和C1原子)同时引入母体并四苯中,可以显着降低体系的前线轨道能级,增强电子注入能力,同时使分子由人字形堆积变为面对面堆积,又可增强相邻分子前线轨道间的耦合,有利于电荷传输。因此,TIPS引入是改变晶体堆积的一种有效调节手段,是设计稳定性高的半导体有机材料的合理策略。(本文来源于《陕西师范大学》期刊2015-05-01）
郭亚潞[5]（2015）在《杂原子取代/掺杂对并苯类有机半导体材料载流子传输性质的影响》一文中研究指出本论文对典型的有机半导体材料—并苯类分子进行理论研究,希望为设计合成新型半导体材料提供理论指导,研究内容主要包括以下两部分：第一部分：基于实验报道的并五苯衍生物,设计了一系列氯取代并五苯衍生物模型分子(nCl-PENT-n),采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31+G(d,p)方法研究氯原子的数量、位置对并五苯几何构型、电子结构的影响。以分子力学为基础预测分子的晶体结构,应用传统的Marcus-Hush电子跳跃模型在PW91PW91/6-31G(d)水平上计算转移积分,预测其载流子迁移率,并讨论氯取代对晶体堆积方式、转移积分及载流子迁移率的影响。最后用稳态主方程法来计算分子在a-b平面内载流子迁移率的各向异性。结果表明,氯原子取代降低了前线轨道能级,使化合物的氧化-还原稳定性增强。LUMO能级降低有利于电子注入,电子亲合势(EAs)的提高使阴离子稳定性增强,由此得出氯原子的取代有利于电子传输。载流子迁移率预测表明,DCP应该是好的双极性有机半导体材料,而4Cl-PEN T-1可能是好的n-型材料(μe=2.74 cm2·V-1·s-1)。此外,各向异性计算表明这些化合物对电子的传输沿晶轴方向具有明显的各向异性。第二部分：探究掺杂氧族元素(O, S, Se)后对picene分子电荷传输性质的影响。用B3LYP/6-31+G(d,p)方法研究氧族元素掺杂对分子构型、重组能和前线轨道的影响,以及电子耦合、分子间相互作用和载流子迁移率的关系。结果表明,氧族元素的引入,减小了重组能,降低了HOMO轨道能级。轨道组成分析表明,氧的掺杂虽然对HOMO轨道没有贡献,但C-H…O和C…O相互作用的增加,以及C…C相互作用的比例增大,改变了分子的堆积方式,使分子呈一维π-π堆积,增强了电子耦合。硫和硒掺杂后晶体中S…S及Se…Se的相互作用增强了分子间的电子耦合。因此,氧族元素掺杂能够通过改变分子堆积方式或者提供较强的分子间相互作用来改变电荷传输性质,提高分子的载流子迁移率。(本文来源于《陕西师范大学》期刊2015-05-01）
李倩,耿允,段雨爱,王光宇,苏忠民[6]（2014）在《卤素、氰基及N原子修饰对四硫富瓦烯衍生物载流子传输性质影响的理论研究》一文中研究指出基于密度泛函理论结合跳跃模型和能带理论研究了氟、氯、氰基和N原子的引入对四硫富瓦烯(TTF)衍生物载流子传输性质的影响.计算结果表明,嵌N修饰会降低分子重组能,特别是当N原子靠近TTF主体环时作用更明显.与引入卤素修饰相比,引入氰基修饰的分子具有更小的电子和空穴重组能及更低的前线分子轨道(FMO)能级.同时迁移率的计算结果显示,分子6具有1.15 cm2·V-1·s-1的高电子迁移率,考虑其较低的LUMO能级,推测其有望成为潜在的优异电子传输材料,而相似的电子和空穴迁移率使分子2有望成为潜在的双极性传输材料.同时还考察了S和N原子之间的弱相互作用,当S或N原子对分子HOMO(或LUMO)有贡献时,其相应的空穴(或电子)传输能力会有所提高.(本文来源于《高等学校化学学报》期刊2014年07期）
赵蔡斌[7]（2014）在《某些含硫/氮杂原子的有机半导体材料分子设计及载流子传输性质理论研究》一文中研究指出近几十年以来,有机光电材料因其质轻、价廉、性质可调、能大面积制备等优势在微电子器件中得到了广泛的应用。大量理论和实验研究表明,电荷载流子传输效率是影响有机半导体器件性能至关重要的因素,因此从理论上研究有机半导体材料载流子迁移率对设计和开发具有特殊功能的新型有机光电材料具有重要的理论与实践意义。本论文以几类含硫、氮杂原子的有机小分子光电材料分子设计及载流子迁移率理论模拟为主要研究内容,在分子和晶体水平上深入分析了所研究化合物分子结构(如取代基)、电子性质(如前线分子轨道能级、电离势和电子亲和势)、固态分子堆积模式(如晶体结构)等因素对其电荷传输性质的影响。另外,我们也讨论了取代基对光谱性质的影响。本文研究为设计和合成具有高载流子迁移率和空气稳定性的有机光电材料提供了理论参考。论文主要包括以下四部分内容：1.以蒽并[2,3-c]噻吩(AcTH)为基本结构单元,设计并研究了一系列5,10--取代的蒽并[2,3-c]噻吩衍生物分子结构、电子性质、光学稳定性、内重组能和载流子迁移率等性质。计算结果表明,氰基取代和乙炔化能增强母体化合物分子刚性,是设计低重组能有机半导体材料的有效方法。此外,还利用简单的一维电荷传输模型和半经验的Marcus-Hush电子转移速率理论,在分子水平上评估了化合物AcTH、DCHC-AcTH、DCN-AcTH的空穴迁移率,并与相同条件下Pentacene的预测值进行了比较。结果表明,这叁个化合物在同一评估模型中表现出比Pentacene更强的空穴传输能力。尽管模型本身较为简单,但结果预示AcTH、DCHC-AcTH. DCN-AcTH应该是性能良好的空穴传输材料,值得进一步实验研究。2.研究了7,8,15,16-tetraazaterrylene(TAT)及其系列吸电子基(-Cl,-F,-CN)四取代衍生物分子结构、电子性质、光谱性质和电子迁移率等信息。研究发现氟基(-F)、氯基(-C1)、氰基(-CN)等强吸电子基的引入能显着降低化合物前线分子轨道能级和电子注入势垒,提高其氧化-还原稳定性,并且引入这些基团也能增强主电荷传输通道的电子转移积分,从而提高这类材料的电子传输能力。特别是4CN-TAT绝热电子亲和势高达3.599eV,预计是相当稳定的电子传输材料。采用量子校正的Marcus-Levich-Jortner(MLJ)电子转移速率模型结合随机行走模拟和Einstein方程预测了TAT晶体的载流子迁移率。结果表明,TAT单晶室温下(300K)电子迁移率达到3.404×10-2cm2·V-1·s-1。吸收和发射光谱模拟表明,引入吸电子取代基致使最大吸收和发射峰红移,光吸收和发射强度增大,其中最强吸收和发射峰均归属于HOMO和LUMO轨道之间的电子跃迁。3.以2-((10H-benzothieno[3,2-b]indol-2-yl)methylene)malononitrile(BTMN)和2-((11H-benzo[a]carbazol-9-yl)methylene)malononitrile(BCMN)为研究对象,采用量子校正的Marcus-Levich-Jortner(MLJ)电子传输速率模型和Einstein方程,研究了分子晶体BTMN和BCMN的空穴和电子迁移率。结果表明,BTMN晶体空穴迁移率室温下(300K)达到6.387×10-2cm-2·V-1·s-1,电子迁移率达到1.936×10-2cm2·V-1·-1;BCMN晶体空穴迁移率室温下达到2.404×10-1cm2·V-1·s-1,电子迁移率达到1.418×10-1cm2·V-1·s-1.预测结果表明两种分子晶体空穴和电子迁移率均比较大,而且处在同一数量级上。尤其是BCMN,两种载流子迁移率预测值均超过具有实际应用价值的OFET装置载流子迁移率临界值(0.1cm2·V-1·s-1),因此BCMN是非常有应用前景的两极传输材料,值得实验上进一步器件化研究。吸收和发射光谱模拟表明,最强吸收和发射峰均归属于HOMO-1和LUMO轨道之间的电子跃迁,光吸收／发射过程为光诱导的分子内电子在并四环和二氰乙烯基之间的转移过程。4.利用密度泛函理论(DFT)计算结合晶体结构预测和不连续的电荷跳跃模型,在分子和晶体水平上研究了四个氮掺杂二氰基取代的并五苯洐生物(PBD1, PBD2, PBD3, PBD4)分子结构、电子性质、晶体结构及电子传输参数。结果表明,氮原子掺杂及氰基取代不但不会破坏并环体系骨架结构,而且能显着降低体系的HOMO和LUMO分子轨道能级,是设计高空气稳定电子传输材料的合理策略。晶体结构预测表明,所研究化合物在晶体中可沿某些晶轴方向形成近距离的面对面分子堆积。以预测的分子晶体结构为基础,采用传统的Marcus-Hush电荷传输模型和Einstein方程研究了其电子迁移率。结果表明,所研究晶体室温下(300K)具有较高的电子迁移率(0.518～1.052cm2·V-1·s-1),是一类相当有应用前景的电子传输材料,值得实验上进一步合成并器件化研究。迁移率各向异性模拟表明,电子在这些分子晶体中传输时表现出显着的各向异性行为,电子迁移率最大值沿着晶轴方向。(本文来源于《陕西师范大学》期刊2014-06-01）
李岩,邹陆一,任爱民[8]（2014）在《基于苯并噻二唑和硅芴的一系列红光材料的载流子传输性质及荧光性质(英文)》一文中研究指出用密度泛函理论(DFT)方法研究了基于苯并噻二唑和硅芴的一系列聚合物的基态和激发态结构、传输和荧光性质.聚合物的能隙、电离能、电子亲和势、最低激发能以及吸收光谱通过外推法得到.结果表明空穴、电子注入和传输性质受苯并噻唑在硅芴上的位置以及正丁基在噻吩上的位置影响很大.(SiF2-DHTBT1-m)n和(SiF1-DHTBT1-m)n(SiF和DHTBT分别代表硅芴和4,7-二(2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑)表现出较好的空穴和电子注入性质,而(SiF1-DHTBT1-o)n和(SiF1-DHTBT1-p)n的电荷注入性质较差.除(SiF1-DHTBT1-o)n外,聚合物的荧光光谱处于红光范围.(本文来源于《物理化学学报》期刊2014年05期）
段雨爱[9]（2014）在《含噻吩类有机小分子载流子传输及光物理性质的理论研究》一文中研究指出随着有机电子学领域的飞速发展，有机光电材料备受人们的关注。由于其具有材料丰富、重量轻、柔性、低成本、制作工艺简单等潜在优点，被广泛应用于有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OSC)等光电器件中。其中，噻吩类材料因硫(S)原子的引入，提升了分子的极化率，从而表现出多种分子内和分子间相互作用，如范德华相互作用、弱分子间氢键、π-π堆积、S···S（硫···硫）相互作用等等。这使得人们可以通过分子设计来改善噻吩类材料的性能。同时，噻吩类材料还具有较大π-共轭结构以及卓越的化学和物理性质，因此，寡聚噻吩材料和噻吩作基础单元构筑的各种分子成为人们热衷研究的对象。本论文采用量子化学手段，深入探讨了含噻吩类有机小分子光电材料的电子结构与载流子传输及光物理性质间的关系，为更好地设计合成高迁移率的载流子传输材料以及高效的有机小分子给体材料提供一定的理论基础。主要研究内容分为如下叁个部分：第一部分主要从理论上探讨了硫原子的位置，不同的取代基和π-共轭核对四噻吩芳烃衍生物空穴传输性质的影响。通过对静电势，Hirshfeld表面分析，能量分解分析和各向异性迁移率的系统分析进一步探究了分子堆积，分子间相互作用和迁移率间的相互关系。研究结果表明以蒽为π-共轭核趋向于具有较好的载流子传输性质；与硫原子在外侧的2相比，硫原子在内侧的1a具有较低的前线分子轨道能级，较小的重组能，较大的转移积分以及空穴迁移率。然而，2中四个硫原子裸露在外面增加了分子间的S···S相互作用，提供了更多有效的载流子传输通道。引入己基噻吩基团增大了π-共轭程度和HOMO能级，有利于空穴载流子的注入，同时使得分子形成更为陡峭的滑移π-π堆积，趋向于形成一维传输。此外，在所有分子间相互作用中，色散能在分子的堆积过程中起到了主要的作用。第二部分针对目前电子传输材料在空气中不稳定、迁移率低、发展滞后于空穴传输材料的现状。基于实验研究上曾在典型空穴传输材料-低聚噻吩的基础上引入二氰基乙烯，使之实现由p型到n型材料的转换，这一部分我们主要从理论上重点讨论了此转换过程中载流子传输性质的变化以及探讨分子的各向异性迁移率和分子内相互作用的关系。此外，采用色散校正的密度泛函理论(DFT-D)对没有晶体结构的分子3a和3b进行了简单的晶体堆积预测，并对其性质进行了初步估计。结果表明，与母体BT相比，氰乙烯基的引入使得HOMO，（最低未占据轨道）LUMO降低，重组能减小，转移积分增大。同时，分子间存在C-N···S，C-N···H氢键相互作用和C-N间短的相互作用，形成了有利于载流子传输的有效通道。3a和3b趋向于形成滑移的π-π堆积，3b可能成为较好的双极性传输材料。第叁部分在前两部分的基础上，这一部分将研究重点集中在有机小分子材料在太阳能电池中的应用。由于有机小分子太阳能电池的效率还远落后于无机硅太阳能电池以及有机聚合物太阳能电池的效率，为了进一步提高基于有机小分子给体材料的太阳能电池的效率，我们从理论上设计了一系列以萘并二噻吩(NDT)为中心给体单元，不同缺电子强吸收的受体片段为受体单元的给体材料，结合密度泛函理论和时间依赖密度泛函理论对这些分子进行表征。结果表明设计的体系3-5与实验上合成的给体材料1的性能相类似，同样展现出在电池中的潜在应用价值。特别的是，以萘并噻吩(NT)为受体单元的7由于具有宽而红移的吸收光谱，较小的激子结合能，高的开路电压和小的重组能，可能成为比1更为高效的太阳能电池给体材料。(本文来源于《东北师范大学》期刊2014-05-01）
王光宇[10]（2014）在《基于吲哚并咔唑类和吡咯并吡咯类衍生物载流子传输性质的理论研究》一文中研究指出与传统的无机材料相比，有机材料具有廉价、加工工艺简单、性能易于调制等优点，因此被广泛应用于有机场效应晶体管、有机发光二极管以及有机太阳能电池中。依据材料传输类别的不同，可以将其分为空穴传输材料、电子传输材料以及双极性传输材料。此外，通过改变功能团，也可影响分子的堆积模式，进而影响其传输效率。本文结合量子化学，采用跳跃模型和能带模型对典型的有机传输材料进行了深入的讨论，希望为设计合成新型高效的有机传输材料提供一定的理论指导。主要研究内容包括以下两部分：第一部分主要讨论吲哚并咔唑类衍生物载流子传输性质。从单分子角度出发，通过前线分子轨道、重组能、转移积分以及能带结构等性质进行深入讨论，发现与化合物1(吲哚并[3,2-b]咔唑)相比，氯原子的引入增大了化合物2(2,8-二氯吲哚并[3,2-b]咔唑)和化合物3(2,8-二氯-5,11-二己基吲哚并[3,2-b]咔唑)HOMO的离域程度，而对LUMO没有显着贡献，但明显降低了二者的能级，说明氯原子对LUMO体现了吸电子效应，而对HOMO体现了共轭效应。烷基链的引入，使化合物3的空穴迁移率明显高于化合物1和化合物2，这主要归因于化合物3具有更加紧密的分子堆积，尤其在跳跃路径A中，具有更大的分子间电子耦合和轨道重迭。同时能带结构的计算进一步证实了上述观点，即氯原子和烷基链的同时引入大大改善了吲哚并咔唑类衍生物的电荷传输性能。第二部分主要讨论醌式和芳香的吡咯并吡咯类衍生物载流子传输性质。通过对分子前线分子轨道、重组能以及转移积分的深入讨论，发现与端基为单个氰基的醌式结构分子2相比，端基为两个氰基的醌式结构的分子1拥有更低的LUMO能级，和较大的电子亲和势(EAa)，表明增加分子的醌式特征可以有效提高分子在空气中的稳定性。同时发现，与芳香结构分子3相比，醌式结构分子1和2的LUMO能级更低，EAa更大，电子转移积分(Ve)也更大，表明醌式结构的噻吩-吡咯并吡咯类衍生（T-DPP）更适合作n型传输材料，因此，除了引入吸电子基团外，构建醌式结构也是一种非常有效的设计n型材料的方法。(本文来源于《东北师范大学》期刊2014-05-01）
载流子传输性质论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
有机半导体材料在科学研究和实际应用上拥有巨大的发展空间和价值,但是科学家们对于载流子传输过程本质的理论探讨却显得比较缺乏。在实验合成与测定分子器件和材料分子的过程中,有机材料的性质和结果容易受到外界和实验条件的干扰,所以科学家们往往不能通过实验测定结果来对有机半导体分子结构变化对其载流子传输和光学性质影响结果做出充分判定,理论的计算却可以避免外界条件的影响,只对几何分子结构和迁移率大小进行量化的分析,模拟载流子在有机材料中
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
载流子传输性质论文参考文献
[1].范建训.卤代/杂环并苯衍生物载流子传输性质的理论研究[D].吉林大学.2019
[2].时雅瑞,魏慧玲.有机半导体材料分子载流子传输性质研究[C].第六届全国计算原子与分子物理学术会议论文集.2016
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[9].段雨爱.含噻吩类有机小分子载流子传输及光物理性质的理论研究[D].东北师范大学.2014
[10].王光宇.基于吲哚并咔唑类和吡咯并吡咯类衍生物载流子传输性质的理论研究[D].东北师范大学.2014
标签：电荷传输; 有机半导体; TIPS-Pentacene; 双极性传输材料;