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复旦彭娟教授团队 ACS Nano: 共轭高分子的晶型及结晶取向调控

时间:2022-07-17 来源: 浏览:

复旦彭娟教授团队 ACS Nano: 共轭高分子的晶型及结晶取向调控

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共轭高分子是光电功能高分子材料和器件的创新源头,其链结构和凝聚态结构是影响载流子传输的核心要素。然而,分子间多种弱相互作用的存在导致共轭高分子体系的多级结晶结构复杂多变,共轭刚性链的取向和π-π相互作用更是增加了这类体系结晶行为研究的复杂性。目前,尚缺乏有效的物理手段对半刚性共轭高分子在分子和链段层面的结晶行为进行精准调控,各层次结晶结构与其半导体物理性能之间的直接关系尚未建立。

近期 ,复旦大学 高分子科学系 彭娟 团队 等人 采用 弯液面辅助诱导溶液剪切策略,利用高分子结晶动力学依赖性,有效调控多种共轭高分子的晶型和结晶取向,并建立了不同晶型和载流子传输性能的关系。
在该策略中, (3- 丁基噻吩 ) (P3BT) 溶液受限在两个平板之间并移动下平板, 随着下 平板移动速率的增加, P3BT 的晶型会逐渐从 II 转变成晶型 I ,并且结晶取向从 flat-on edge-on 共存转变成 edge-on 取向 ( 1) 。他们认为,平板移动速率的增加导致 P3BT 分子的烷基侧链没有足够时间在 (100) 方向紧密堆积,从而形成层间距更大的晶型 I 。通过比较薄膜垂直和平行于溶液剪切方向的结晶结构和载流子 传输性能 ,发现 P3BT π–π 堆积在晶型 II 中主要沿平行于 溶液 剪切方向排列,而在晶型 I 各向同性排列 ,并且 P3BT 晶型 II 的载流子传输具有各向异性,载流子迁移率高出晶型 I 近一个数量级 ( 2) 。该弯液面辅助诱导溶液剪切策略可以推广到 多种 共轭高分子如聚 (3- 辛基噻吩 ) 、聚 (3- 己基硒吩 ) 晶型和结晶取向调控 ( 3)
由于载流子各向异性的传输特性,共轭高分子的晶型和结晶取向对其传输有重要影响。 该工作 选择恰当外场调控多种共轭高分子在成膜阶段的结晶行为,为揭示共轭高分子不同晶型和其 载流子传输性能的关系提供了 最简单的实例,从中获得的规律、机制有望推广到其它性能更加优异、合成难度要求更高的新型共轭高分子。
 

1. (a) 弯液面辅助诱导溶液剪切示意图。 (b)2D-GIXRD 示意图。 (c-f) 不同剪切速率下 P3BT 薄膜的 2D-GIXRD 图及 1D-GIXRD ( v  = 0.5 μm/s) (g,h) P3BT 薄膜晶型 结晶取向转变中的分子排列示意图。
 

2.(a-d) P3BT 薄膜 ( v  = 0.5 μm/s) 下的转移输出曲线及 (e) 不同剪切速率下 P3BT 薄膜与载流子迁移率的关系。
 

3.(a-c) P3OT ( d-f)P3HS 不同剪切速率下的 2D-GIXRD 图。
该工作得到国家自然科学基金、上海市自然科学基金和复旦大学的支持。

文章 链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04049

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