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复旦大学彭娟团队 Macromolecules: 共轭聚合物共混物的晶型调控
2023-09-22  来源:高分子科技

  共轭聚合物是一类典型的半刚性链高分子,共轭刚性链对其凝聚态行为如链段动力学、溶液性质、结晶行为等有很大影响。共轭聚合物的结晶不仅受热力学规律的控制,还受动力学机制的影响。由于载流子各向异性的传输特性,共轭聚合物的晶型和结晶取向会影响载流子的传输因此有效调控共轭聚合物的晶型和结晶取向,具有十分重要的意义。



  在前期工作中,复旦大学彭娟团队等人调控了多种单一体系如聚(3-丁基噻吩)聚芴以及PBTTT等晶型和结晶取向的转变。近期,他们采用弯液面辅助诱导溶液剪切策略,利用高分子结晶动力学依赖性,调控共轭聚合物共混物溶液的成膜过程,实现了聚(3-丁基噻吩)/(3-己基硒吩)(P3BT/P3HS)晶型的有效调控,并揭示了P3BTP3HS之间共晶和相分离转变的机制(1) 


1. 通过弯液面辅助诱导溶液剪切(MASS)策略调控P3BT/P3HS的晶型以及共晶和相分离的相互转变。


  首先,他们构建了由不同分子量P3BTP3HS组成的共混物溶液,包括P3BT-3K/P3HS-3K, P3BT-3K/P3HS-16K, P3BT-16K/P3HS-3K, P3BT-16K/P3HS-16KP3BTP3HS在低分子量和高分子量时分别表现为晶型III。当两者共混时,P3BT-3K/P3HS-3K, P3BT-3K/P3HS-16K, P3BT-16K/P3HS-16K的薄膜初态会表现出各自单一体系的晶型,并且P3BTP3HS发生相分离各自结晶。相反,P3BT-16K/P3HS-3K由于两者的层间距接近会直接形成共晶结构。 


2. P3BT-3K/P3HS-3K为例说明共混物体系的晶型以及共晶和微相分离转变的过程。


  随后,他们利用弯液面辅助诱导溶液剪切策略,将P3BT/P3HS共混溶液受限在两个平板之间,随着下平板的移动速率逐渐增加,P3BT-3K/P3HS-3K和 P3BT-3K/P3HS-16K中的P3BT-3K的晶型会从II逐渐转变成I,并且和P3HS-3K共结晶(2),但是和P3HS-16K发生相分离分别结晶。这是因为在P3BT-3K/P3HS-3K中,P3BTP3HS(100)方向的结晶有序长度相互匹配,因此两者能够共结晶。而P3BT-3KP3HS-16K结晶有序长度相差较大,并且随着剪切过程进一步增大,导致两者无法共结晶P3BTP3HS受结晶有序长度影响能否共结晶也可以通过P3BT-16K/P3HS-16K体系的结晶行为得到验证。P3BT-16KP3HS-16K均表现为晶型I,通过溶液剪切过程晶型不发生变化。但两者的结晶有序长度更加匹配,因此比P3BT-3K/P3HS-3K更容易形成共晶。他们利用GIXRD等手段对P3BT/P3HS共混物的晶型转变、共晶和相分离转变机制进行了细致探究,并将不同结晶结构与光物理性质相关联。


  该工作为深入理解基于刚性链段的共轭聚合物共混物的晶型转变以及不同共轭组分之间的相互作用机制提供了一定的见解。


  文章链接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01614

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(责任编辑:xu)
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