聚芴类衍生物取向薄膜的制备及性能研究

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相比于传统的无机小分子、有机共轭聚合物具有低成本,易加工和柔性等优点,已经被广泛地应用于有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机激光器等领域。其中聚芴类共轭聚合物是一种应用广泛且性能优异的新型材料,聚芴类共轭聚合物中芴的2、7和9位可以被不同的基团取代进而实现不同的功能,而且可以选择不同的窄带隙共聚单元调控其发光颜色以实现可见光范围的全色发光。而因分子链和晶体无序排布,聚芴类共轭聚合物薄膜制备的光电器件难以达到预期的效果。因此,调控聚芴类共轭聚合物薄膜的聚集态结构具有非常重要的意义。本论文利用熔体拉伸法制备了高密度聚乙烯(PE)和等规聚丙烯(iPP)取向薄膜,对比研究了聚芴类衍生物在PE和iPP取向基底的诱导附生结晶行为,获得了高度取向的聚芴类衍生物薄膜,并对基于取向聚芴类衍生物薄膜的器件性能进行了研究。论文工作证明了附生结晶法对聚芴类衍生物聚集态结构调控的普适性,为拓展该类材料应用提供了理论依据。主要研究内容如下:1.采用熔体拉伸法制备了表面平整且高度取向的PE超薄膜,通过退火处理提高了其取向度和结晶度。以PE取向薄膜为基底通过溶剂退火和热退火两种方式诱导了聚[2,7-(9,9-二辛基芴)-交替-4,7-双(噻吩-2-基)苯并-2,1,3-噻二唑](PFO-DBT)附生结晶,证明PFO-DBT和PE分子链平行排列,二项色性比最高达到5.79。对取向PFO-DBT薄膜构筑的场效应晶体管(OFET)器件性能测试展示了优秀的各向异性,器件不仅具有较高的开关比和较低的阈值电压,且在平行于分子链方向的迁移率高达到1.46×10-2cm~2V-1s-1,比垂直于分子链方向的迁移率高一个数量级,是目前报道的最高值。2.对比研究了聚(9,9-二辛基-交替-苯并噻二唑)(F8BT)在PE和iPP取向超薄膜上的附生结晶行为,结果表明,F8BT在PE和iPP基底上均可附生结晶,产生分子链与基底分子链平行取向的片晶结构,证明F8BT在PE基底的取向程度优于在iPP基底,且溶剂退火和热退火能有效提高取向度和结晶度。两种基底上取向F8BT薄膜制备的OFET器件均具有良好的各向异性,但基于F8BT/PE器件的性能明显高于F8BT/iPP的器件,其沿分子链方向上的最高空穴迁移率分别为2.14×10-3cm~2V-1s-1和5.43×10-4cm~2V-1s-1。
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