近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體重點實驗室研究員張德清課題組設(shè)計合成了一種新的雙吖丙啶類交聯(lián)劑4CNN（圖1a），實現(xiàn)了有機高分子半導(dǎo)體的高效圖案化，為全溶液加工柔性電路提供了新思路。這種“四臂”型交聯(lián)劑4CNN具有以下優(yōu)點：雙吖丙啶類化合物在紫外光照射或加熱條件下能夠高效產(chǎn)生活性卡賓中間體，并能迅速與其鄰近的C(sp3)-H鍵高效地發(fā)生插入反應(yīng)，從而實現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)，在無紫外光照和常溫條件下該類化合物具有較好的穩(wěn)定性；4CNN分子構(gòu)型呈四面體型，四個活性雙吖丙啶基團均勻分布在四面體的頂點上，同時該分子本身不含C(sp3)-H鍵，這些結(jié)構(gòu)特點賦予其高效的交聯(lián)能力，降低了交聯(lián)劑的用量；不同于已報道的疊氮類交聯(lián)劑，4CNN通過卡賓的插入反應(yīng)實現(xiàn)高分子側(cè)鏈交聯(lián)不會引入氮等雜原子。

　　研究以四種高性能聚合物半導(dǎo)體為例（圖1c），細致優(yōu)化條件，發(fā)現(xiàn)在交聯(lián)劑添加量不大于3%（w/w）時，通過365 nm紫外光（30 mW/cm²）照射交聯(lián)劑和聚合物的共混薄膜僅40秒便可實現(xiàn)p-型、n-型和雙極性共軛聚合物的高效交聯(lián)，交聯(lián)后的薄膜在氯仿溶液中不溶解。具體圖案化過程為：將交聯(lián)劑和聚合物半導(dǎo)體溶液共混，通過旋涂-掩膜-紫外光照-氯仿清洗四個步驟，可以實現(xiàn)一種材料的高精度圖案化，并可以實現(xiàn)不同材料的多層圖案化集成。

　　研究進一步通過AFM和GIWAXS圖發(fā)現(xiàn)四種聚合物薄膜交聯(lián)前后的形貌和鏈間排列并未發(fā)生明顯變化，并通過場效應(yīng)晶體管器件對以上四種聚合物的矩形圖案陣列的電荷傳輸性能進行表征。與未加交聯(lián)劑的半導(dǎo)體薄膜相比，圖案化薄膜的遷移率保留率可達60%-91%，同時四種聚合物交聯(lián)前后的遷移率、閾值電壓的分布并未明顯變化。此外，兩步圖案化可以構(gòu)筑基于PDPP4T和N2200的反相器。該研究為有機高分子半導(dǎo)體的高效圖案化提供了新策略。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科技部和中科院的支持。

圖1.（a）交聯(lián)劑4CNN的化學(xué)結(jié)構(gòu)式及其光化學(xué)交聯(lián)機制；（b）有機高分子半導(dǎo)體烷基側(cè)鏈的交聯(lián)示意圖；（c）四種代表性有機高分子半導(dǎo)體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖2.PDPP4T的圖案化過程及圖形的顯微鏡照片和原子力顯微鏡圖