MRC:共轭高分子在碳纳米管纤维表面的超分子组装

共轭高分子是一类用于有机光电器件方面的新型聚合物半导体材料,具有价格便宜,柔韧轻便和加工工艺简单等无机半导体材料无法匹敌的优异性能,因此具有重要的商业应用价值。共轭高分子的电荷传输,除了和高分子的化学结构有关外,还受限于高分子的物理形态结构,比如链取向和结晶有序度。通常情况下,共轭高分子在溶液中形成无规取向的线状纳米晶,而电荷传输在线状纳米晶中具有各向异性的特性。因此,组装构建长程有序的纳米晶超分子结构,能够有效地提高高分子的电荷传输,从而实现高性能高分子光电器件的制备。

共轭高分子球晶是最近发现的由线状纳米晶组成的三维超分子结构。高分子球晶虽然具有高度的结晶有序度,但是缺乏长程有序的各向异性结构。美国加州州立理工大学张善举教授课题组和其他合作者,利用碳纳米管和共轭高分子的电子相互作用,有效地解决了这一问题:通过可控溶液结晶的方法,首次在碳纳米管纤维表面结晶生长超大尺寸的取向球晶。

碳纳米管是一种新型管状碳分子。由于高度离域化的电子结构,碳纳米管具有优异的力学、电学和光学性能,在新型电子器件和功能材料方面具有广阔的应用前景。碳纳米管纤维是碳纳米管的宏观一维连续组装体,纤维表面具有纳米尺寸的凸凹微细结构。由于碳纳米管和共轭高分子的电子相互作用,共轭高分子链能够沿着碳纳米管纤维轴取向。同时,高分子在纤维表面结晶成核密度比较高,线状纳米晶在几何受限的环境中沿着垂直于碳纳米管纤维的方向生长,形成各向异性的取向球晶。该研究团队系统地研究了聚噻吩体系:通过控制溶剂蒸发速度、系统内部蒸气压和结晶温度,有效地组装构建了超大尺寸的取向球晶。研究发现,结晶温度能够改变球晶的晶体结构及其在碳纳米管纤维表面的有序取向,从而为取向球晶在高分子光电器件应用方面提供了多样性和可塑性。研究人员相信,这种利用碳纳米管诱导取向球晶的方法可以扩展到其它各种共轭高分子体系,从而为制备高性能高分子光电器件提供了简单有效的途径。

相关结果发表在Macromolecular Rapid Communication (DOI:10.1002/marc.201900098)上,文章链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201900098