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，分子間多種弱相互作用的存在導(dǎo)致共軛高分子體系的多級結(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)晶動力學(xué)依賴性，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)溶液受限在兩個平板之間并移動下平板，隨著下平板移動速率的增加，P3BT的晶型會逐漸從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，平板移動速率的增加導(dǎo)致P3BT分子的烷基側(cè)鏈沒有足夠時間在(100)方向緊密堆積，從而形成層間距更大的晶型I。通過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近一個數(shù)量級(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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