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化学所会员刘子桐:有机共轭聚合物半导体研究取得系列进展
编辑:青促会   时间:2016/12/2

近年来,有机共轭聚合物由于其独特的光电性能,受到广泛关注。利用以有机共轭聚合物为主体的功能材料,有望实现可穿戴、柔性电子设备的构筑。目前大多数研究均集中于共轭分子的主链骨架,而研究发现聚合物的侧链不仅可以提高聚合物在有机溶剂中的溶解性,而且可以影响聚合物的半导体性能。

最近,中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室的张德清研究员和刘子桐副研究员(青促会会员)在调控侧链改变聚合物半导体性能的研究方面取得了系列进展。首先,通过理性设计,在聚合物侧链中引入氢键基团,得到了侧链含有功能基团的共轭聚合物(如图1所示)。由于侧链间的氢键相互作用,聚合物薄膜的有序性增强;与不含氢键基团的聚合物相比,其场效应晶体管迁移率由3.4 cm2V-1s-1提升到13.1 cm2V-1s-1,体异质结太阳能电池光电转换效率也由3.8%提升到6.8%。此研究结果为聚合物侧链的研究提供了新的思路,该工作发表在《美国化学会志》上 (J. Am. Chem. Soc. 2016138, 173)

进一步研究发现,在共轭给-受体聚合物(DPPTTT)薄膜中添加四甲基铵盐后,共轭聚合物薄膜的载流子迁移率得到了大幅提高,达到26.2 cm2V-1s-1,而且具有高开关比、强空气稳定性。机理研究表明,四甲基铵盐的存在限制了侧链扭转,使薄膜有序性得到了提高,从而提升了其半导体性能。该工作发表在Science的子刊Sci. Adv.上(Sci. Adv. 20162, e1600076.),发表后被Nanotech Web“Ionic additive improves OFETs”为题进行了亮点报道。

该工作得到了国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项和中国科学院青年创新促进会的资助。

文章链接:1. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b09737

       2. http://advances.sciencemag.org/content/2/5/e1600076

图一、 侧链含有脲基团的共轭聚合物

 

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