High-throughput search for doped crystalline organic semiconductors and their application to organic transistors

高通量寻找掺杂晶体有机半导体及其在有机晶体管中的应用

基本信息

批准号：
22H01931
负责人：
松井弘之
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度はまず、ハイスループット計算に基づいて固溶体を形成する有機半導体分子の組み合わせの探索を行った。ホスト分子はDNTTとした。DNTTの結晶構造中の一つの分子を慣性テンソルの主軸が一致するように別の分子に置換し、構造最適化を行った後、エネルギーを計算した。エネルギー計算には古典力場計算と分散力補正密度汎関数理論（DFT）計算の両方を採用した。得られたエネルギーを基に、基底関数重なり誤差（BSSE）を補正しながら、フローリー・ハギンス理論のχパラメータを算出し、χパラメータが0に近いほど固溶体を形成しやすいとして探索した。その結果、実験で固溶体を形成することが既知のゲスト分子DBTTFと比較して、より絶対値が小さなχパラメータを持つ有機分子が112個見つかった。これらの内、市販品かつHOMOが浅いまたはLUMOが深い分子として、ペンタセン、2,8-dimethylanthra[2,3-b:6,7-b']dithiophene、α-quaterthiopheneを購入して共昇華法による固溶体結晶作製を行った。その結果、DNTTとペンタセンの共昇華によって成長した結晶はそれぞれ単体のものと異なる色および粉末エックス線回折パターンを示し、固溶体を形成している可能性が示唆された。2,8-dimethylanthra[2,3-b:6,7-b']dithiopheneとα-quaterthiopheneについては昇華点の違いにより現在のところ混合結晶は作製出来ていない。以上より、本年度はハイスループット計算に基づいてDNTTとペンタセンが固溶体を形成することを予測し、実験によって検証することに成功した。

今年，我们首先基于高通量计算寻找形成固溶体的有机半导体分子的组合。宿主分子是DNTT。将DNTT晶体结构中的一个分子替换为另一个分子，使惯性张量主轴匹配，经过结构优化后计算能量。对于能量计算，采用了经典力场计算和色散力校正密度泛函理论（DFT）计算。根据获得的能量，在校正基组重叠误差（BSSE）的同时计算Flory-Huggins理论的χ参数，χ参数越接近0，越容易形成固溶体。结果发现，与实验中已知形成固溶体的客体分子 DBTTF 相比，112 个有机分子的 χ 参数绝对值更小。其中，并五苯、2,8-二甲基蒽[2,3-b:6,7-b']二噻吩和α-四噻吩作为具有浅HOMO或深LUMO的市售分子购买，并进行共升华方法制备固溶体晶体。结果，DNTT和并五苯共升华生长的晶体显示出与单独晶体不同的颜色和粉末X射线衍射图，表明它们可能形成固溶体。目前，2,8-二甲基蒽[2,3-b:6,7-b']二噻吩和α-四噻吩由于升华点不同，无法制备混晶。综上所述，今年我们通过高通量计算预测DNTT和并五苯会形成固溶体，并成功地进行了实验验证。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

デュアルパルス法を用いた有機トランジスタの高精度・高速移動度測定

双脉冲法高精度、高速测量有机晶体管迁移率

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林倫;小林亮太;松井弘之
通讯作者：
松井弘之

Rapid Optimization of Printing Conditions for Organic Transistors by Combinatorial Experiments and Bayesian Optimization

通过组合实验和贝叶斯优化快速优化有机晶体管的印刷条件

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryota Kobayashi;Yuji Ikeda;Yudai Hemmi;Hiroyuki Matsui
通讯作者：
Hiroyuki Matsui

AI-Assisted Development of Digitally Printed Organic Transistors

人工智能辅助数字印刷有机晶体管的开发

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hayato Takeda;Eikai Murakami; Motonobu Tomoda; Osamu Matsuda; Kentaro Fujita;and Oliver B. Wright;Hiroyuki Matsui
通讯作者：
Hiroyuki Matsui

Rapid Optimization of Printing Conditions for OFET by Combinatorial Experiments and Bayesian Optimization

通过组合实验和贝叶斯优化快速优化 OFET 印刷条件