共轭有机半导体材料的结构调控及其结构-性能关系研究

随共轭有机半导体材料与器件研究的飞速发展，对材料的性能要求也就越来越高。考虑到除分子结构外，控制有机共轭材料的分子在凝聚态时的堆积、排列方式是提高其性能的重要手段，本项目以并五苯、聚四噻吩、聚六噻吩以及聚苯乙炔等有机共轭分子为研究对象，通过分子附生结晶和拟态附生结晶实现其具有不同结构特征取向和空间排列，利用电子显微镜、原子力显微镜和红外光谱等跟踪其在不同聚合物取向基质上的诱导结晶行为，明确不同有机共轭分子在不同取向基质上的分子附生或拟态附生结晶结构，在此基础上，研究不同堆积体系的电荷转移及导电性，建立有机共轭分子的结构和性能内在联系，为开发高性能共轭有机半导体材料提供新途径。

本项目以有机共轭分子为研究对象，围绕其在聚乙烯取向基质上的诱导结晶行为开展了研究工作。首先对溶液结晶获得的P3HT树枝晶及纳米线晶体结构进行了研究，结果表明，P3HT的树枝晶表面很平，与聚合物的平躺单晶极其相似，衍射结果却表明P3HT的树枝晶和纳米线均由侧立片晶组成，分子链在膜平面内取向。在摩擦制备的P3HT取向膜由平行排列的P3HT片晶组成，片晶的b-轴垂直于膜平面取向，c-轴平行于摩擦方向。表面结构观察发现其表面结构与内部结构不同，通过退火或溶剂处理实现了摩擦取向P3HT表面结构重组，获得了高度取向的片晶结构。在取向基质诱导的取向结晶方面，首先证明了真空蒸涂碳膜与PE薄膜间产生了化学键连接，从而固定了表面层的取向PE分子链段，实现了PE取向重结晶，这为高熔点光电聚合物材料在PE上的取向结晶提供了可能。同时，证明附生聚合物熔体通过与基质分子的相互作用产生了取向排列，致使结晶时产生特殊取向，为系统开展光电材料在聚合物基质上取向生长奠定了重要基础。在上述基础上，重点研究P3HT和硒杂苝在PE取向基质上的附生结晶行为，实现了P3HT甩膜过程在PE取向基质上的附生结晶。证明了P3HT与PE的分子链平行取向，从而形成平行排列的P3HT侧立片晶结构。对硒杂苝在PE上的附生结晶研究表明，硒杂苝在PE上的附生结晶形成规整的取向结构。衍射结果表明硒杂苝的c-轴方向与PE的b-轴方向平行，且硒杂苝晶体尺寸与在PE基质上的沉积温度有关。研究了P3HT与有机小分子混合物在PE基质上结晶行为，发现通过与有机小分子混合，能够使P3HT产生异乎寻常的线条状结构，并解释了此类结构形成原因。另外，通过将光电功能基团键接到规整梯形高分子链上制备了几种具有优异热稳定性的光电功能材料，并跟踪研究其结构与性能间关系。.项目执行期间，在《Macromolecules》，《J. Phys. Chem.》和《Polym. Chem.》等重要聚合物学术期刊上发表标注基金资助的学术论文15篇，部分内容为《Macromolecules》和《Macromol. Chem. Phys.》分别撰写Perspective和Trend articles各1篇，英文书稿1章。参加国内外学术会议并作邀请报告10余次。出站博士后2人，在站博士后1人；毕业博士研究生2人，在读博士研究生5人；毕业硕士研究生2人，在读硕士研究生12人。