化学修饰与溶剂加工对共轭聚合物机械性能的影响

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hml9061
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有机高分子半导体材料相比于传统无机半导体材料最大的优势就是具有一定的天然柔韧性,然而这种天然的柔韧性很难满足作为柔性电子器件有源层的需要。目前的报道中提出了很多可以极大的提高聚合物柔韧性的改性策略,但是这些方法难以同时满足有源层的高载流子迁移率和良好机械柔韧性的要求。所以,实现聚合物半导体的良好电性能和延展性一直是具有挑战性的。本文中采用化学修饰和不同溶剂加工的方法,成功使聚合物半导体的机械性能和电学性能同时得到了提升。具体内容如下:(1)研究了一系列基于异靛蓝及其衍生物的共轭聚合物,分别对聚合物主链和侧链结构进行改变,以便更好地理解聚合物结构对其电学和机械性能的影响。结果表明,在供体上引入烷基侧链可以显著增强异靛蓝基聚合物的机械性能,然而,由于烷基侧链导致空间位阻的增加,使薄膜的电学性能大大降低。对于苯并二呋喃二酮(BIBDF)基聚合物(PBIBDF-BT),将强吸电子单元BIBDF插入异靛蓝单元中,显著提高了电学性质,并且薄膜机械性能不会降低,PBIBDF-BT薄膜的裂纹起始应变为50%。此外,PBIBDF-BT薄膜表现出双极传输特性,在100%拉伸应变下电子和空穴迁移率均大于0.1 cm2 V-1 s-1。PBIBDF-BT适当的分子结构使其机械性能和电学性能得到同时提。长烷基侧链明显提高了PBIBDF-BT薄膜的延展性,主链中强吸电子BIBDF单元增强了局部聚集效应,导致迁移率显著增加。这些结果表明,通过合理的分子设计可以同时改善共轭聚合物的机械性能和电学性能。(2)探究了不同溶剂加工对共轭聚合物机械性能的影响。详细的研究了以氯苯和氯仿作为溶剂对共轭聚合物薄膜微观结构的影响,并分析了微观结构对聚合物薄膜机械性能和电学性能的影响。紫外-可见-近红外光谱显示氯苯作为溶剂的P3HT薄膜在605 nm处的吸收峰更强,表明其共轭分子链之间的相互作用更强,这使得聚合物在薄膜中的排列有序度提高,结晶区域堆积更为致密,紧密的堆积导致表面粗糙度的降低。薄膜平整致密的表面形貌使得拉伸应变能够更均匀的在薄膜表面耗散,机械性能显著提高,在100%的拉伸应变下依然没有裂纹出现。同时,更好的结晶性使其迁移率得到很大的提高,最大迁移率可以达到0.035cm2 V-1 s-1
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