PFO链构象及其凝聚态结构的标度律研究及其在载流子迁移率方面应用

For polymer photovoltaic materials, the main problem is that the study of blue-light-emitting materials has not been got substantial breakthrough in efficiency and stability. The key to study the photovoltaic materials is how toimprove their carrier mobility. As a classic blue-emitting material, Polyfluorenes (PFs) have received much attention in recent years for its special Conformation—the β conformation, which is ordered and stable for increasing the carrier mobility in devices. As an important theoretical research technique, the scaling law has great influence on many fields of polymer. Polymer chain has scaling property which other condensed matter doesn’t have because of its self-similar structure and fractal properties, so the scaling law is suitable for the research of polymer system..As we all know, the properties of polymer thin films are always determined bythe structure of chains in precursor solution. In this project, we plan to study the scaling law of PFO chains in precursor solution by using the method of light scaling so as to reveal the nature and mechanism of PFO single chains, condensed structure, especially the dynamic transition process and self-assembly of β conformation in PFO solution. The ambition is improving the performance of photoelectric devices from the aspect of polymer intrinsic properties. The.research is strongly innovative and challenging, also it has important scientific significance and research value as it is a new method to improve the carrier mobility of photoelectric devices, which has not been reported before.

对于高分子光电材料而言，蓝光材料在效率、稳定性方面能否得到实质性的突破是瓶颈。而提高载流子迁移率乃是光电材料的核心问题。PFO是经典的蓝光材料，近年来，因其特殊的链构象—β构象（有序、稳定、利于载流子迁移）而备受学者们关注。.标度律作为一种重要的研究手段，对高分子研究的诸多领域产生了十分重要的影响。标度律通常是研究两个不同变量间的非线性关系，而高分子物理性质本身就是呈非线性的，故用标度律来研究高分子链的性质就十分适合。.因高分子薄膜的性质实质上是由其前体溶液的链结构决定的。本项目拟利用光散射等方法，通过对PFO成膜前体溶液的标度律研究，揭示PFO孤立单链、凝聚态结构、特别是其过渡态结构形成动力学及自组装形成β构象的本质与机理。旨在从高分子本征性质入手，提高光电器件水平。这是提高载流子迁移率的新思路、新方法，国内外尚未见报道。研究具有很强的创新性与挑战性，并具有重要的科学意义和研究价值。

标度律通常是研究两个不同变量间的非线性关系，而高分子物理性质本身就是呈非线性的，故用标度律来研究高分子链的性质就十分适合。.因高分子薄膜的性质实质上是由其前体溶液的链结构决定的。本项目利用光散射等方法，通过对PFO成膜前体溶液的标度律研究，揭示出了PFO孤立单链、凝聚态结构、特别是其过渡态结构形成动力学及自组装形成β构象的本质与机理。旨在从高分子本征性质入手，提高光电器件水平。从新的视角，深刻描述高分子所表现出来的普适统计规律和非线性物理性质。这是提高载流子迁移率的新思路、新方法，国内外尚未见报道。.主要研究内容：.1、 在稀溶液中，利用标度计算，准确反映PFO的孤立单链α构象的特征。 Rg  kMwv （ 公式 1）.2、 在外场（温度或不良溶剂）刺激下，依据公式 2，研究链聚集态结构标度特征，自组装形成 β 构象的本质与机理。I(q)  qdf （ 公式 2）.3、 研究PFs类衍生物，如PPFOH等在溶液中单链及凝聚态的标度性质，探究此类共轭高分子的共性及规律。.4、配制合适的前体溶液，研制高迁移率蓝光器件。.重要结果：.对PFs 成膜前体溶液复杂的单链和聚集的形态结构进行了系统的研究，发现不良溶剂、温度、分子量和溶液浓度等因素对单链构象及链凝聚态结构均有重要影响。揭示出了PFs在溶液中孤立单链、凝聚态结构、β构象及其过渡态构象形成的动力学过程、机理及规律,构建出成膜前体溶液单链构象-薄膜中链构象-器件性能之间的定量构效关系，实现了对PFs从溶液行为（包括高分子单链的形状、尺寸到链聚集体形状及密度）到薄膜凝聚态结构的调控。更重要的是：揭示出PFO在溶液中的β构象可在旋涂成膜的过程中定量地遗传到薄膜中，这是从溶液到薄膜构象可遗传性的首次报道。同时发现：β构象的存在可将器件的载流子迁移率提高一个数量级。通过溶剂对溶液行为影响的研究发现：具有芳香性和非芳香性的溶剂对链溶液行为及凝聚态结构的形成影响显著不同；此外，含有氢键与非含氢键的溶剂对溶液行为及凝聚态结构形成的影响也显著不同；而这种差异性对单链构象是否可从溶液定量遗传到薄膜中起着决定性作用。对高分子溶剂的研究在国内外鲜有报道。.上述研究,填补了共轭高分子的溶液研究的国内外空白；构建出成膜前体溶液单链构象-薄膜中链构象-器件性能之间的定量构效关系，对共轭高分子的基础理论及实际应用都具有重要的意义。