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中科院化學(xué)所郭云龍研究員、劉云圻院士團(tuán)隊 AFM:具有高遷移的本征可拉伸發(fā)光聚合物
2023-12-06  來源:高分子科技

  具有本征柔性的聚合物半導(dǎo)體是柔性電子的核心材料組成部分,在可穿戴顯示方面、健康監(jiān)測和疾病診斷等領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。雖然科學(xué)家已經(jīng)報道了基于聚合物發(fā)光二極管的本征柔性顯示器件和本征可拉伸晶體管,然而柔性驅(qū)動顯示電路中材料的不同機械性能會導(dǎo)致拉伸過程中產(chǎn)生層間應(yīng)力而失效。因此集優(yōu)異的光電性質(zhì)、載流子輸運性質(zhì)以及力學(xué)性質(zhì)的聚合物半導(dǎo)體對于簡化器件結(jié)構(gòu)、降低材料層和層之間的適配程度、促進(jìn)器件操作穩(wěn)定和規(guī)模化生產(chǎn)是非常重要的材料基礎(chǔ)。然而由于不同功能分子材料設(shè)計策略之間彼此矛盾,聚合物材料的功能疊加增加了材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和合成難度。因此,如何打破傳統(tǒng)設(shè)計思路,開發(fā)出集光電功能、電荷傳輸性能和機械性質(zhì)于一體的聚合物材料,面臨著巨大的挑戰(zhàn)。


  近期,在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下,中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體實驗室郭云龍研究員和劉云圻院士團(tuán)隊,利用聚合物分子骨架、分子量以及凝聚態(tài)形貌的調(diào)控策略,開發(fā)了兩種具有高遷移率的本征可拉伸發(fā)光聚合物 (IDT-2T, IDT-Ph-2T) (1)。在這項研究中,團(tuán)隊的研究結(jié)果表明剛性的IDT-2T骨架以及五元環(huán)位點空間扭轉(zhuǎn)支鏈的設(shè)計策略,有效的調(diào)控了材料電荷輸運和光電特性以及近無定形的低結(jié)晶和有限聚集形貌,實現(xiàn)了半導(dǎo)體光電性能和拉伸性能的協(xié)同調(diào)控,成功制備了具有高拉伸特性的聚合物發(fā)光二極管(PLED),為柔性可穿戴、柔性顯示以及器件的集成奠定了可能的材料設(shè)計思路。相關(guān)成果以Intrinsically Stretchable Light-Emitting Polymer Semiconductors with High Charge Mobility through Micro-crystalline Aggregation-Limited Morphology”為題發(fā)表在Advanced functional materials上(Adv. Funct. Mater. 2023, ASAP, 2310558),該論文的第一作者是博士后魏曉芳,博士生文巍和博士生史文康為文章的共同第一作者,通訊作者為郭云龍研究員和劉云圻院士。



1. 可拉伸發(fā)光聚合物的分子設(shè)計及性質(zhì)。 (a通過調(diào)控微結(jié)晶、有限聚集形貌的設(shè)計策略平衡可拉伸性質(zhì)、發(fā)光性質(zhì)和載流子輸運性質(zhì);(b聚合物IDT-2T,IDT-Ph-2T的分子結(jié)構(gòu);(c) 聚合物構(gòu)筑單元示意圖和HOMO、LUMO軌道分布;(d) 多功能聚合物可拉伸性性能、PLED發(fā)光性質(zhì)和OFET載流子遷移性質(zhì)簡圖。


  該工作是團(tuán)隊近期關(guān)于多功能聚合物相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。通常優(yōu)異的電荷輸運性能要求聚合物具有高結(jié)晶性,然而高結(jié)晶性會導(dǎo)致材料拉伸力學(xué)性能的降低;同時高結(jié)晶性能也會降低聚合物的發(fā)光性能。因此,設(shè)計合成具有優(yōu)良力學(xué)性能高遷移率發(fā)光聚合物半導(dǎo)體極具挑戰(zhàn)。近年來,該團(tuán)隊圍繞如何發(fā)展綜合性能更高的高遷移發(fā)光聚合物(Advanced Optical Materials, 2022, 10(21), 2201243)和可拉伸發(fā)光聚合物材料與器件Adv. Mater. 2022, 34(27), 2201844)兩方面開展了深入系統(tǒng)研究,通過新的聚合物構(gòu)筑方式和自組裝三維穿透納米網(wǎng)絡(luò)等策略發(fā)展了一系列高遷移率發(fā)光聚合物和高性能可拉伸PLED器件。以上工作為發(fā)展可用于柔性顯示及器件集成的多功能聚合物半導(dǎo)體的設(shè)計提供了新的設(shè)計策略以及奠定了堅實的基礎(chǔ)。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202310558

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