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  有機半導體材料包括小分子和聚合物材料，小分子半導體材料具有精確的分子結構，但通常存在溶液性差，難以實現大面積可溶液制備；而傳統聚合物半導體材料的合成又往往存在主鏈結構缺陷和批次間差異大等難問題，影響了聚合物半導體材料的品質和器件性能，嚴重制約了其宏量合成和大規模器件應用。

  基于以上難題，在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院化學所有機固體院重點實驗室的研究人員近期合成了一種分子量介于1-10 kDa之間的新型共軛材料體系，稱之為“介觀聚合物（Mesopolymer）”。該類共軛材料體系規避了傳統齊聚物合成復雜、產率低的問題，展現了嚴格的規整結構以及優異的電荷傳輸性能。　  

  高性能介觀聚合物制備的關鍵在于控制產物主鏈的增長速率，以及限制主鏈上自偶聯和β位偶聯缺陷的產生。傳統的共軛聚合物通過Suzuki或者Stille法聚合來制備，這兩種方法通常難以精確控制主鏈的增長。研究人員通過選擇可配體調控的直接芳基化聚合反應（DArP）來制備介觀聚合物。通過大量條件篩選，研究人員發現大位阻、富電子的金剛烷膦配體(Ad2PnBu)能夠滿足上述要求，可以將反應產物的數均分子量控制在1-10 kDa范圍內。研究人員基于模型底物meso-DPPBTz進行了主鏈缺陷結構的細致分析：升溫核磁共振氫譜以及基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜MALDI-TOF-MS證明meso-DPPBTz是嚴格規整的交替結構，不存在自偶聯組分；小分子參照實驗以及DFT計算證明meso-DPPBTz不存在β位缺陷。更重要的是，meso-DPPBTz的多批次合成展示出良好的重復性。紫外可見吸收光譜(UV-vis)和紫外光電子能譜(UPS)揭示：meso-DPPBTz比對應的聚合物poly-DPPBTz具有更寬的帶隙和更深的LUMO能級，是一種潛在電子和雙極性傳輸半導體材料。

  進一步，研究人員通過DArP聚合方法合成了一系列基于不同結構基元的介觀聚合物，并對這些材料性能進行了系統的表征。在柔性頂柵場效應管的器件評估中，研究人員發現介觀聚合物電子傳輸能力遠超傳統聚合物（最大性能提升比達124倍）。由于介觀聚合物具有適中的分子量，溶解性和粘度特性，在大面積可溶液加工制備器件方面展現了潛在的應用。譬如，基于該類材料噴墨打印法制備的場效應晶體管器件性能是目前報道的該類器件最優性能之一。

圖1 meso-DPPBTz介觀聚合物的合成以及其噴墨打印場效應晶體管器件陣列示意圖

  作為一類新型共軛半導體，介觀聚合物有望克服傳統共軛材料的不足，實現功能方面的突破。介觀聚合物新概念材料的提出，將進一步豐富有機材料體系的內涵，推動有機光子學、生物傳感、生物檢測等相關領域的研究。該研究工作近期發表在Nature Chemistry雜志上（Nature Chem. 2019, DOI：10.1038/s41557-018-0200-y）。 

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-018-0200-y