共軛高分子是光電功能高分子材料和器件的創(chuàng)新源頭,其鏈結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)是影響載流子傳輸?shù)暮诵囊亍H欢肿娱g多種弱相互作用的存在導(dǎo)致共軛高分子體系的多級(jí)結(jié)晶結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,共軛剛性鏈的取向和π-π相互作用更是增加了這類(lèi)體系結(jié)晶行為研究的復(fù)雜性。目前,尚缺乏有效的物理手段對(duì)半剛性共軛高分子在分子和鏈段層面的結(jié)晶行為進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控,各層次結(jié)晶結(jié)構(gòu)與其半導(dǎo)體物理性能之間的直接關(guān)系尚未建立。
近期,復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭娟團(tuán)隊(duì)等人采用彎液面輔助誘導(dǎo)溶液剪切策略,利用高分子結(jié)晶動(dòng)力學(xué)依賴(lài)性,有效調(diào)控多種共軛高分子的晶型和結(jié)晶取向,并建立了不同晶型和載流子傳輸性能的關(guān)系。
在該策略中,將聚(3-丁基噻吩) (P3BT)溶液受限在兩個(gè)平板之間并移動(dòng)下平板,隨著下平板移動(dòng)速率的增加,P3BT的晶型會(huì)逐漸從II轉(zhuǎn)變成晶型I,并且結(jié)晶取向從flat-on和edge-on共存轉(zhuǎn)變成edge-on取向(圖1)。他們認(rèn)為,平板移動(dòng)速率的增加導(dǎo)致P3BT分子的烷基側(cè)鏈沒(méi)有足夠時(shí)間在(100)方向緊密堆積,從而形成層間距更大的晶型I。通過(guò)比較薄膜垂直和平行于溶液剪切方向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和載流子傳輸性能,發(fā)現(xiàn)P3BT的π–π堆積在晶型II中主要沿平行于溶液剪切方向排列,而在晶型I中則各向同性排列,并且P3BT晶型II的載流子傳輸具有各向異性,載流子遷移率高出晶型I近一個(gè)數(shù)量級(jí)(圖2)。該彎液面輔助誘導(dǎo)溶液剪切策略可以推廣到多種共軛高分子如聚(3-辛基噻吩)、聚(3-己基硒吩)的晶型和結(jié)晶取向調(diào)控(圖3)。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金和復(fù)旦大學(xué)的支持。
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04049
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