共軛聚合物的多級組裝結構包括單鏈構象,溶液聚集態,固態微觀結構以及器件結構。理解共軛聚合物多級組裝結構的演變過程對于深入理解其電荷傳輸行為具有非常重要的意義。然而,多級組裝結構跨越了從埃到厘米的廣泛空間維度,其詳細表征具有一定挑戰性,多級組裝結構與器件性能之間的構效關系也不夠明確。
圖1、異靛藍基寡聚物與聚合物鏈構象差異。a, 異靛藍基寡聚物與聚合物化學結構。b, 寡聚物合成過程示意圖。c, 三種聚合物提純過程示意圖及相應多級組裝結構演變示意圖。d, (IID-DT)5-IID, IIDDT19, IIDDT57和IIDDT99冷凍電鏡圖像中纖維長度平均分布情況。紅線表示具有不同單體數目的單根鏈的理論長度。
圖2、聚集態結構在溶液中的解聚/聚集動態過程可視化。a, 石墨烯液體袋制作過程示意圖。b, IIDDT19解聚過程的代表性圖像。c, 圖b相應的二進制圖像。d, 寡聚物和聚合物的變溫吸收光譜中光學帶隙隨溫度變化情況。e-i, 0.01 g L-1的寡聚物與聚合物氯萘溶液的變溫吸收光譜。
圖3、溶液聚集態結構與薄膜微觀形貌可視化。a, 三種聚合物的凍干AFM圖像。b, 三種聚合物的凍干AFM圖像中纖維直徑分布。c, 三種聚合物的薄膜TEM圖像。d, 三種聚合物的薄膜TEM圖像中纖維直徑分布。
圖4、共軛分子體系的電荷傳輸行為。a, 鏈長度相關的遷移率變化情況。b, 鏈長度相關的最大摻雜電導率變化情況。
該項工作為共軛分子體系多級組裝結構與器件電學性質之間的構效關系提供了更深入的理解,為優化有機電子器件的性能提供了普適有效的策略。該工作以“Visualizing the multi-level assembly structures of conjugated molecular systems with chain-length dependent behavior”為題發表在Nature Communications期刊上,文章第一作者為北京大學博士研究生周洋洋,該研究得到國家自然科學基金委的支持。
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39133-w
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