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高载流子迁移率的侧链盘状液晶聚合物有机半导体材料取得进展

   

2017-07-29

   高分子学科谌东中教授课题组将可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合方法成功应用于侧链盘状液晶聚合物的可控制备,揭示了分子量效应并采用分立短柱DCS簇集结构模型合理解释,尤其提出了与传统棒状侧链液晶聚合物的经典间隔基去耦合理论形成鲜明对照的盘状侧链液晶聚合物的PCE正耦合理论(Macromolecules, 2015, 48(8): 2388-2398; Macromolecules,2015, 48(19): 6768-6780; Polym. Chem., 2016, 7(39), 6034-6038; Polym. Chem.2017, 8(22), 3457-3463)。

     汪蓉教授通过耗散粒子动力学(DPD)理论模拟, 不仅可从理论计算模拟角度给出盘状芳香侧基形成盘柱的组装结构,也可一定程度预测通过实验难以直接观察到的低电子密度聚合物主链不同程度有序化的统计图像,有力支持和从理论上阐释了分立短柱DCS结构以及对于盘状侧链液晶聚合物短间隔基更有利的PCE正耦合理论(Macromolecules2017,50(14), 5556-5564)。

     最近,基于前面积累的盘状侧链液晶聚合物分子量效应、PCE正耦合效应的理解,在满足形成柱状液晶相的条件下,考虑尽可能短的取代基将有助于提高液晶聚合物起传导作用芳香核部分的比例,从而提升其器件性能。谌东中课题组设计合成了一系列最短四个碳的丁氧基取代的苯并菲盘状液晶聚合物4Pm-n (图1),其中部分聚合物可形成3D位置有序的柱状塑晶相(Columnar plastic),这是第一次在盘状液晶聚合物中观察到此类高有序相。且可控制备的侧链盘状液晶聚合物其有序柱状相结构易于实现宏观的垂向或面内单轴取向排列。采用飞行时间谱(TOF)技术测得空穴载流子迁移率高达0.1 cm2 V-1 s-1,比已报道的液晶聚合物体系高出一到两个数量级,也显著高于苯并菲有机小分子盘状液晶,为这类方便低成本溶液加工的液晶聚合物有机半导体材料应用于柔性光电子器件奠定基础(Polym. Chem.2017, 8(21), 3286-3293)。

   

   图1.可控合成的短间隔基连接丁氧基苯并菲盘状侧链液晶聚合物表现高载流子迁移率

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