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中科院化學所郭云龍研究員、劉云圻院士團隊 AFM：具有高遷移的本征可拉伸發光聚合物

2023-12-06 來源：高分子科技

具有本征柔性的聚合物半導體是柔性電子的核心材料組成部分，在可穿戴顯示方面、健康監測和疾病診斷等領域呈現出巨大的應用前景。雖然科學家已經報道了基于聚合物發光二極管的本征柔性顯示器件和本征可拉伸晶體管，然而柔性驅動顯示電路中材料的不同機械性能會導致拉伸過程中產生層間應力而失效。因此集優異的光電性質、載流子輸運性質以及力學性質的聚合物半導體對于簡化器件結構、降低材料層和層之間的適配程度、促進器件操作穩定和規模化生產是非常重要的材料基礎。然而由于不同功能分子材料設計策略之間彼此矛盾，聚合物材料的功能疊加增加了材料結構的復雜性和合成難度。因此，如何打破傳統設計思路，開發出集光電功能、電荷傳輸性能和機械性質于一體的聚合物材料，面臨著巨大的挑戰。

近期，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中國科學院化學研究所有機固體實驗室郭云龍研究員和劉云圻院士團隊，利用聚合物分子骨架、分子量以及凝聚態形貌的調控策略，開發了兩種具有高遷移率的本征可拉伸發光聚合物 (IDT-2T, IDT-Ph-2T) (圖1)。在這項研究中，團隊的研究結果表明剛性的IDT-2T骨架以及五元環位點空間扭轉支鏈的設計策略，有效的調控了材料電荷輸運和光電特性以及近無定形的低結晶和有限聚集形貌，實現了半導體光電性能和拉伸性能的協同調控，成功制備了具有高拉伸特性的聚合物發光二極管（PLED），為柔性可穿戴、柔性顯示以及器件的集成奠定了可能的材料設計思路。相關成果以“Intrinsically Stretchable Light-Emitting Polymer Semiconductors with High Charge Mobility through Micro-crystalline Aggregation-Limited Morphology”為題發表在Advanced functional materials上（Adv. Funct. Mater. 2023, ASAP, 2310558），該論文的第一作者是博士后魏曉芳，博士生文巍和博士生史文康為文章的共同第一作者，通訊作者為郭云龍研究員和劉云圻院士。

圖1. 可拉伸發光聚合物的分子設計及性質。 (a) 通過調控微結晶、有限聚集形貌的設計策略平衡可拉伸性質、發光性質和載流子輸運性質；(b) 聚合物IDT-2T，IDT-Ph-2T的分子結構；(c) 聚合物構筑單元示意圖和HOMO、LUMO軌道分布；(d) 多功能聚合物可拉伸性性能、PLED發光性質和OFET載流子遷移性質簡圖。

該工作是團隊近期關于多功能聚合物相關研究的最新進展之一。通常優異的電荷輸運性能要求聚合物具有高結晶性，然而高結晶性會導致材料拉伸力學性能的降低；同時高結晶性能也會降低聚合物的發光性能。因此，設計合成具有優良力學性能高遷移率發光聚合物半導體極具挑戰。近年來，該團隊圍繞如何發展綜合性能更高的高遷移發光聚合物（Advanced Optical Materials, 2022, 10(21), 2201243）和可拉伸發光聚合物材料與器件（Adv. Mater. 2022, 34(27), 2201844）兩方面開展了深入系統研究，通過新的聚合物構筑方式和自組裝三維穿透納米網絡等策略發展了一系列高遷移率發光聚合物和高性能可拉伸PLED器件。以上工作為發展可用于柔性顯示及器件集成的多功能聚合物半導體的設計提供了新的設計策略以及奠定了堅實的基礎。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202310558

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（責任編輯：xu）

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