纳米受限条件下共轭聚合物凝聚态结构调控及其应用研究

The conjugated polymer has been regarded as one of typical photo-electricity materials and has an inextricable connection with micro/nano-pattern process, however, the control over the aggregate structure of conjugated polymer under the nano-confinement, owing to the nano-pattern processing, is a key element in determining polymer property and application. Therefore, the conjugated polymer aggregate structure under nano-confinement becomes one of the most significant research topics in the fields of polymer theory and application. The aim of this project is to focus on the nano-confinement effect on the aggregate structure of conjugated polymer during the nano-pattern processing, where the polymer nanostructure array will be fabricated by the aid of the nanoimprinting lithography method. Furthermore, the control of conjugated polymer aggregate structure under confinement is employed to effectively fabricate ordered polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells, to investigate the effect of molecular structure on solar cell performance. In the end, it will be obtained the relationship among the fabrication process of nano-pattern, the government of aggregate structure and material property of conjugated polymer under varied confinement effect. Then, it will also provide new insight and guidance for controlling the aggregate structure of conjugated polymer and may lay a significant foundation for application and improvement of conjugated polymer nanostructure.

共轭聚合物作为一种典型的有机光电应用材料已经与微纳图案化加工过程密不可分，而在纳米图案化加工过程提供的纳米受限环境下的共轭聚合物凝聚态结构对材料的性能和应用产生重要的影响，因此关于纳米受限条件下的共轭聚合物凝聚态结构调控的研究有着重要的理论和实际意义。本项目利用纳米压印技术对共轭聚合物进行纳米图案化，研究在纳米图案化过程中不同受限条件对聚合物凝聚态结构的影响作用，将纳米结构的构筑和凝聚态结构的调控有机统一起来，并且将受限条件下的凝聚态调控应用到有序异质结太阳能电池的构建中，研究出不同受限条件下共轭聚合物纳米图案的构筑、凝聚态结构的调控和材料性能之间的内在联系。这不仅将对纳米加工受限条件下的共轭聚合物凝聚态结构调控方法会有一个系统全面的认识，而且也对共轭聚合物的性能优化和加工应用具有重要的指导意义。

共轭聚合物的性能和应用已经与微纳图案化加工密不可分，而在图案化过程中纳米受限条件下共轭聚合物凝聚态结构对材料的性能和应用产生重要的影响。本项目主要是研究纳米受限条件下共轭聚合物凝聚态结构调控及其应用，进行了纳米压印模板的制备、聚合物薄膜的凝聚态结构分析、不同受限条件下共轭聚合物纳米结构阵列的构筑和凝聚态结构的研究、结构阵列的导电性能和太阳能电池的应用研究。经过探索，成功制备了无机硅片模板、阳极氧化铝模板、PDMS 模板、蚕丝纤维模板和ETFE模板；分析了溶剂种类、溶剂退火和热退火对聚合物薄膜的结构影响；基于溶剂辅助室温纳米压印方法成功构筑共P3HT 纳米光栅并诱导分子排列从edge-on 转变成face-on模式；讨论了聚合物的种类、图案化温度和加热退火等条件对硅模板受限下凝聚态结构的影响；总结了溶剂的辅助作用、种类和时间、温度和加热退火等条件对PDMS受限下的影响；发现AAO模板的受限大小、温度和加热退火对结构的作用；成功研制出基于蚕丝纤维和ETFE薄膜的薄膜图案化方法并将其应用；发现在高温下聚合物纳米结构阵列的形貌发生严重变形，但是诱导出的分子取向仍然存在；得出结构阵列的导电性能和电池性能与凝聚态结构有着密切的关系。共发表SCI论文5篇，授权国家发明专利1项，受到同行的广泛关注和引用。进一步加强了共轭聚合物图案的构筑、凝聚态结构的调控和材料性能之间的内在联系，对共轭聚合物的性能优化和应用具有重要的指导作用。