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可拉伸大面积共轭聚合物薄膜微结构调控

批准号:
51933010
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
韩艳春
学科分类:
光电磁功能有机高分子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩艳春

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
可拉伸共轭聚合物薄膜光电器件是可穿戴柔性光电器件的重要组成部分。以往研究聚焦于化学结构改性或刚柔共混手段构建薄膜晶区堆叠和非晶区缠结,从而实现薄膜可拉伸性。然而,由于缺乏对共轭聚合物分子构象的系统性研究,薄膜晶区刚性链堆叠↔非晶区分子间缠结的平衡机制、有效的调控策略及其对薄膜机械性能和电子性能的影响存在大量的研究空白。本项目将以可拉伸大面积共轭聚合物薄膜为目标,以新型高迁移率共轭聚合物为研究载体,深入探究溶液初始构象的记忆效应和溶液成膜过程中相转变动力学对薄膜晶区堆积↔非晶区缠结等凝聚态结构的影响规律,揭示晶区堆积↔非晶区缠结平衡机制及其对薄膜机械性能和电子性能的影响,建立溶液状态—成膜动力学—薄膜晶区/非晶区性质—电子/机械性能之间的关联规律,实现共轭聚合物薄膜本征拉伸和高迁移率,并进一步开发出大面积可拉伸共轭聚合物薄膜印刷制备方法,为可拉伸大面积共轭聚合物薄膜光电器件的发展提供理论。
英文摘要
Stretchable devices based on conjugated polymers stand in the heart of the wearable organic optoelectronics. Previous work focuses on chemical tailoring or blending rigid and flexible materials for co-existence of π-π stacking and chain entanglement, with a consequence of stretchable film. However, due to lack of systematic and thorough theory on molecular conformation in stretchable films, there remains mysterious for the equilibrium mechanism between π-π stacking and chain entanglement, as well as the its influence on mechanical and electronic properties. This project will focus on microstructure design of conjugated polymer for mechanically, electrically stretchable and large area thin film. The applicant will thoroughly investigate the influences of pre-aggregation in solution and dynamical phase transformation during solution-processing on the morphological properties of conjugated polymer film, especially on π-π stacking and chain entanglement. Trade-off between mechanical and conductive properties will be investigated and its equilibrium mechanism will be revealed. Relationships between pre-aggregation, film formation dynamics, π-π stacking/chain entanglement, and mechanical/conductive properties will be established. Mechanically, electrically stretchable film and its large-scale fabrication will be demonstrated. These results will clearly provide quantitative insight into fabrication of high-performance large-area stretchable optoelectronics, and will greatly accelerate the industrial processes of organic optoelectronics.
可拉伸共轭聚合物薄膜是可穿戴柔性光电器件的重要组成部分,本项目围绕如何通过微结构调控制备兼具高电学和拉伸性能的共轭聚合物薄膜这一核心问题开展研究工作,取得以下创新性研究成果:1、通过控制共轭聚合物分子量大于缠结分子量和较窄的分子量分布,可在降低结晶性的同时提高了链缠结与系带分子含量,制备了具有既可提供连续电荷传输通道又可以耗散应变能的逾渗网络结构的可拉伸薄膜;2、建立了通过聚合物主、侧链选择性溶剂、侧链-溶剂色散力差异和氢键相互作用以及成核-结晶匹配、链扩散与重排、特定构象生长机制等调控共轭聚合物溶液聚集结构和成膜路径的方法,证实了分子间聚集的临界点和转变持续时间是制备高性能大面积可拉伸薄膜的关键;3、提出了利用分子量、溶液聚集状态和成膜动力学构建共轭聚合物/弹性体共混体系具有垂直相分离结构的聚合物纳米纤维网络方法。进一步利用溶液剪切促进了共轭聚合物溶液成核与取向排列生长,构建出了分散于弹性体的共轭聚合物取向纳米纤维网络结构,制备了兼具高迁移率和高拉伸性的大面积可拉伸薄膜。本项目所建立的共轭聚合物分子特性、溶液聚集状态/成膜动力学、薄膜微结构与力学/电学性能间的关联,对可拉伸电子领域具有推动和引领作用。项目执行期间,发表学术论文27篇,包括Macromolecules (10)、Polymer (5)、Macromol. Rapid Commun. (3)、Nano Lett.、Chem. Mater.、Interdiscip. Mater.等;申请中国发明专利3项;国内/国际学术会议邀请报告20余人次;1 人获得国家级人才培养计划的支持,培养博士研究生10名、硕士研究生14名。圆满完成研究目标。
D-A类共轭聚合物晶界内部tie molecule构象调控
全共轭聚合物共混体系相分离与光伏性质
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