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  大分子鏈行為與相互作用，主導(dǎo)聚合物不同尺度結(jié)構(gòu)的形成與演變機(jī)制，最終決定高分子材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)；揭示并解決塑料電子中的高分子物理與化學(xué)問題，是優(yōu)化與豐富高分子半導(dǎo)體光電性質(zhì)的重要前提；深入探索高分子主鏈構(gòu)象轉(zhuǎn)變與晶化過程，將有助于優(yōu)化固體凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)提高材料性質(zhì)。

  在塑料電子學(xué)中，一維線性共軛聚合物的定向電子離域行為，使其分子鏈構(gòu)象是決定聚合物光電性能的重要因素。相比于其它分子構(gòu)象，聚芴半導(dǎo)體的分子鏈共平面化構(gòu)象，即β相，具有更長(zhǎng)的有效共軛鏈長(zhǎng)，使其呈現(xiàn)優(yōu)異光電行為，如具有良好的光致/電致發(fā)光穩(wěn)定性、較高的載流子遷移率和優(yōu)異的發(fā)光器件性能、低的激光閾值，在過去二十年間成為聚芴半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

  在總結(jié)前期工作的基礎(chǔ)上，IAM團(tuán)隊(duì)黃維院士和林進(jìn)義副教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的聚芴半導(dǎo)體材料—聚（9，9）二辛基芴（PFO）具有良好的共平面化能力，在1，2二氯乙烷（DCE）具有明顯凝膠化聚集過程，可誘導(dǎo)分子鏈形成共平面化構(gòu)象，決定溶液后加工的薄膜形貌，通過控制聚集過程，實(shí)現(xiàn)在旋涂原位薄膜上形成有序的β相聚集體納米薄膜（Chinese Journal of Polymer Science, 2016, 11, 1311, ACS Applied Material Interfaces 2016, 8, 18969.）。然而，目前只有在PFO及其衍生物具有β相共平面化能力，稱為第一代β相聚芴半導(dǎo)體，而第一代β相聚芴半導(dǎo)體易于聚集和易被空氣氧化，限制其應(yīng)用發(fā)展。在2014年，通過主鏈雙側(cè)不對(duì)稱分子設(shè)計(jì)理念，開創(chuàng)了具有共面平化構(gòu)象的第二代β相聚芴半導(dǎo)體（PODPF，Macromolecules 2014, 47 (3), 1001. ACS Applied Material Interfaces 2016, 8, 21648. The Journal of Physical Chemistry C 2017, 121 (35), 19087. Journal of Materials Chemistry C 2017, 5 (22), 5345-5355, Polymer, 2018, Accepted.）。

  基于前期的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在原有的共平面化構(gòu)象聚二芳基芴主鏈引入不同的螺芴基團(tuán)，在保證共平面化構(gòu)象的基礎(chǔ)上提高材料的光電特性。研究結(jié)果表明，位阻功能化的聚二芳基芴呈現(xiàn)高穩(wěn)定性的電致光譜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，基于螺芴氧雜蒽的聚二芳基芴在提高材料藍(lán)光穩(wěn)定性的同時(shí)，具有共平面化構(gòu)象形成能力，呈現(xiàn)超低閾值的受激放大輻射效應(yīng)（ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (43), 37856.）。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了聚芴無規(guī)和平面化構(gòu)象的光物理和熒光各向異性行為。通過PFO和PODPF的β構(gòu)象薄膜，探索構(gòu)象轉(zhuǎn)變對(duì)于其吸收和發(fā)射光譜，薄膜形貌，發(fā)射衰減行為和熒光各向異性的影響。通過熒光壽命成像（FLIM）測(cè)試中直接獲取的二維圖像驗(yàn)證了聚芴平面化構(gòu)象的自摻雜薄膜，且其熒光衰減壽命均低于無規(guī)構(gòu)象的薄膜，首次通過成像直觀呈現(xiàn)聚芴半導(dǎo)體-β構(gòu)象薄膜的自摻雜特性。此外，通過熒光各向異性成像（FAIM）表征顯示β構(gòu)象薄膜由于較高的分子鏈取向而呈現(xiàn)出較高的各向異性。本工作報(bào)道的FLIM和FAIM表征提供了一種有效的途徑探索共軛聚合物構(gòu)象轉(zhuǎn)變的本征光物理過程。

  相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Physical Chemistry Letters（Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, 9, 364）雜志上，并被邀請(qǐng)做ACS liveslides展示。本系列工作得到IAM團(tuán)隊(duì)Donal Bradley、解令海教授、王建浦教授、儀明東教授和張新穩(wěn)副教授以及澳大利亞墨爾本大學(xué)的Trevor教授的支持。第一作者分別為2016級(jí)博士研究生虞夢(mèng)娜（Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, 9, 364）和2017級(jí)博士研究生白魯冰（ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (43), 37856.）。

  該系列工作得到了國(guó)家973項(xiàng)目、國(guó)家自然基金項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助和支持。

  論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.7b03148

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b08980