烷基侧链长度对π-延伸蒽二噻吩薄膜形成及电荷传输影响的系统研究

为解决有机场效应晶体管(OFETs)中蒽二噻吩(ADT)衍生物溶解性与电荷传输性能的平衡问题，研究人员设计合成了一系列烷基苯乙炔基取代的Cn-PEADT分子（n=4,6,8,10），通过单晶结构解析和光电性能测试，揭示了侧链长度对分子堆积方式及器件性能的调控规律，为高性能有机半导体材料设计提供了重要指导。

　　

在有机电子器件蓬勃发展的今天，π-共轭分子如蒽二噻吩(ADT)因其优异的电荷传输性能成为有机场效应晶体管(OFETs)的核心材料。然而这类材料面临着一个关键矛盾：延长π-共轭体系虽能提升载流子迁移率，却会导致溶解性下降和环境稳定性恶化。传统解决方案是通过引入柔性侧链来改善加工性，但侧链长度如何精确调控分子堆积与性能仍缺乏系统认知。

韩国基础科学研究院(IBS)的Boseok Kang与Yunseok Jang团队在《Dyes and Pigments》发表的研究中，创新性地设计出烷基苯乙炔基功能化的ADT衍生物(C_n-PEADT)，通过Grignard反应合成不同链长(n=4,6,8,10)的分子体系。研究采用单晶X射线衍射解析分子排列，结合紫外-可见吸收光谱、X射线衍射(XRD)和场效应晶体管器件测试，建立了侧链长度-分子堆积-性能的构效关系。

关键实验技术
研究通过Grignard反应合成目标分子，利用同步辐射光源进行高分辨率单晶结构解析，采用溶液旋涂法制备薄膜，通过空间电荷限制电流(SCLC)法和OFET器件评估电荷传输性能。

单晶研究揭示层状堆积
单晶分析显示所有C_n-PEADT均形成交替层状结构：ADT核心层与烷基层沿晶胞a轴周期性排列。随着侧链增长，分子间π-π堆积距离从3.38?(C₄)增至3.45?(C₁₀)，但二面角保持<5°的优异共面性。特别值得注意的是，C₆-PEADT展现出最紧密的分子排列(3.40?)和最大重叠积分(0.043)，这为其卓越的电荷传输能力奠定结构基础。

光学与电学性能的黄金平衡
紫外光谱显示所有衍生物在500-700nm具有强吸收，光能隙稳定在1.8eV。电学测试表明C₆-PEADT薄膜的空穴迁移率最高达0.15cm²V^-1s^-1，比C₁₀衍生物高两个数量级。这种"驼峰效应"证实中等长度侧链(C₆)既能保证溶解性，又可维持紧密分子堆积。

结论与展望
该研究首次建立了ADT衍生物中烷基侧链长度与电荷传输性能的定量关系，揭示C₆链长在溶解性与分子有序性间的独特平衡作用。提出的"苯乙炔基延伸二维共轭"策略为设计高性能溶液加工型半导体提供了新思路。未来通过引入支链或杂原子修饰，有望进一步优化这类材料的 ambient stability(环境稳定性)和 charge mobility(电荷迁移率)。