共軛高分子兼具傳統高分子的溶液加工性和無機半導體的光電磁等特性,在柔性顯示、可穿戴設備和能源器件等領域具有巨大應用潛力。高性能的器件構筑是實現應用的基礎和關鍵,而共軛高分子的凝聚態結構,對其半導體性能起著決定性作用。因此,有效調控其凝聚態結構,建立結構與性能之間的關系,具有重要的學術價值和現實應用意義。然而,由于共軛高分子由結構和性質截然不同的剛性主鏈和柔性側鏈組成,具有多重分子間相互作用,凝聚態結構非常復雜。因此,精準調控和表征共軛高分子的凝聚態結構非常困難,這也是高分子物理領域十分關注的問題。
最近,復旦大學彭娟團隊綜合運用高分子化學和物理研究手段,以基于聚噻吩/硒吩的共軛均聚物和嵌段共聚物為研究對象,通過改變體系的分子結構和運用不同外場,有效調控了聚硒吩等多種共軛體系的晶型和結晶取向,揭示了共軛分子間相互作用的改變影響其凝聚態行為的機制,并實現多組分體系共結晶和微相分離兩種相變的動態調控。
圖3. 改變P3AT-b-PBTTT的分子結構(烷基側鏈、分子量)和運用外場(溶劑、熱退火)協同調控不同共軛鏈P3AT和PBTTT之間的共結晶和微相分離。
圖5. 隨著中間P3BrHT鏈的增長,兩端P3HT和P3DT逐漸從共結晶轉變成微相分離。
和二嵌段共聚物相比,三嵌段共聚物有橋聯結構,比二嵌段共聚物多一相、多一層界面,因此,他們利用三嵌段共聚物進一步調控多組分相變。他們設計合成了聚(3-己基噻吩)-聚(3-溴代己基噻吩)-聚(3-癸基噻吩)(P3HT-b-P3BrHT-b-P3DT),通過將不同長度的柔性嵌段P3BrHT引入到共軛嵌段P3HT和P3DT之間,在分子鏈尺度改變P3HT和P3DT分子間的相互作用,從而調控體系相變。隨著中間P3BrHT鏈的增長,兩端的P3HT和P3DT逐漸從共結晶轉變成微相分離(圖5)。小角散射結果進一步證實了這種相轉變。
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https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02626
https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00632
https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02275
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