共轭高分子兼具传统高分子的溶液加工性和无机半导体的光电磁等特性,在柔性显示、可穿戴设备和能源器件等领域具有巨大应用潜力。高性能的器件构筑是实现应用的基础和关键,而共轭高分子的凝聚态结构,对其半导体性能起着决定性作用。因此,有效调控其凝聚态结构,建立结构与性能之间的关系,具有重要的学术价值和现实应用意义。然而,由于共轭高分子由结构和性质截然不同的刚性主链和柔性侧链组成,具有多重分子间相互作用,凝聚态结构非常复杂。因此,精准调控和表征共轭高分子的凝聚态结构非常困难,这也是高分子物理领域十分关注的问题。
最近,复旦大学彭娟团队综合运用高分子化学和物理研究手段,以基于聚噻吩/硒吩的共轭均聚物和嵌段共聚物为研究对象,通过改变体系的分子结构和运用不同外场,有效调控了聚硒吩等多种共轭体系的晶型和结晶取向,揭示了共轭分子间相互作用的改变影响其凝聚态行为的机制,并实现多组分体系共结晶和微相分离两种相变的动态调控。
图3. 改变P3AT-b-PBTTT的分子结构(烷基侧链、分子量)和运用外场(溶剂、热退火)协同调控不同共轭链P3AT和PBTTT之间的共结晶和微相分离。
图4. 随着分子量的增加,P3AT-b-PBTTT逐渐从微相分离结构转变成共晶结构。热退火促使P3AT-b-PBTTT向微相分离结构转变。
图5. 随着中间P3BrHT链的增长,两端P3HT和P3DT逐渐从共结晶转变成微相分离。
和二嵌段共聚物相比,三嵌段共聚物有桥联结构,比二嵌段共聚物多一相、多一层界面,因此,他们利用三嵌段共聚物进一步调控多组分相变。他们设计合成了聚(3-己基噻吩)-聚(3-溴代己基噻吩)-聚(3-癸基噻吩)(P3HT-b-P3BrHT-b-P3DT),通过将不同长度的柔性嵌段P3BrHT引入到共轭嵌段P3HT和P3DT之间,在分子链尺度改变P3HT和P3DT分子间的相互作用,从而调控体系相变。随着中间P3BrHT链的增长,两端的P3HT和P3DT逐渐从共结晶转变成微相分离(图5)。小角散射结果进一步证实了这种相转变。
文章链接:
http://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02626
http://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00632
http://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02275
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