异靛蓝共轭聚合物取向薄膜的制备

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有机共轭聚合物由于其优异的电学性能,受到了人们的大量关注,被广泛应用于有机太阳能电池、晶体管、OLED等器件中,成为当下的研究热点。器件的性能与聚合物的分子结构、加工成膜方法、聚合物薄膜形貌等有着密切的联系,研究他们之间的关系对于制备高性能器件无疑具有重要意义。大量的研究表明,高取向程度的聚合物薄膜形貌可以有效的提高载流子迁移率,异靛蓝类聚合物作为D-A共轭聚合物,具有优良的电学性能,然而其晶体的无规排列限制了载流子迁移率的进一步提高。  本论文以制备高取向度薄膜为核心,采取滴涂的成膜方法,以调节成膜动力学、改变分子结构为切入点,系统研究了薄膜的取向程度与三相线后退速率、聚合物侧链长度、支化点位置的关系。主要内容如下:  1.聚合物薄膜的取向程度与三相线的后退速率密切相关,当其后退速率与临界取向速率相匹配时,可获得较高程度的取向。我们利用高温溶剂蒸汽条件下滴涂成膜的方法,通过控制成膜过程中三相线后退速率与临界取向速率相对关系,制备大面积取向IIDDT-C3薄膜。当三相线后退速率与临界取向速率相匹配时,IIDDT-C3分子取向程度最高,二向色性比达4.08;三相线后退速率高于临界取向速率时,IIDDT-C3分子不能及时进行自组装,结晶程度和取向程度都较低;当三相线后退速率低于临界取向速率时,则导致IIDDT-C3纤维由取向状态的动力学平衡态向更加稳定的热力学平衡态转变,取向程度降低。  2.通过改变分子侧链种类实现了分子扩散速率与空间位阻的调节,制备高结晶性取向薄膜。我们选用侧链长度和支化点位置不同的异靛蓝共轭聚合物为研究对象,在70℃且溶剂蒸汽条件下滴涂的方法成膜。研究表明,当聚合物侧链的长度较长时,聚合物分子链在侧链方向距离较远,分子链在溶液中更容易移动,有利于在三相线后退的过程中及时的进行分子重排,形成取向晶体;同时,当侧链支化点距离主链较远时,有利于减小聚合物主链沿π-π方向有序堆积时的空间位阻,增强π-π相互作用,提高结晶性及取向程度。
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