中科院化学所郭云龙研究员、刘云圻院士团队 AFM：具有高迁移的本征可拉伸发光聚合物

2023-12-06 来源：高分子科技

具有本征柔性的聚合物半导体是柔性电子的核心材料组成部分，在可穿戴显示方面、健康监测和疾病诊断等领域呈现出巨大的应用前景。虽然科学家已经报道了基于聚合物发光二极管的本征柔性显示器件和本征可拉伸晶体管，然而柔性驱动显示电路中材料的不同机械性能会导致拉伸过程中产生层间应力而失效。因此集优异的光电性质、载流子输运性质以及力学性质的聚合物半导体对于简化器件结构、降低材料层和层之间的适配程度、促进器件操作稳定和规模化生产是非常重要的材料基础。然而由于不同功能分子材料设计策略之间彼此矛盾，聚合物材料的功能叠加增加了材料结构的复杂性和合成难度。因此，如何打破传统设计思路，开发出集光电功能、电荷传输性能和机械性质于一体的聚合物材料，面临着巨大的挑战。

近期，在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所有机固体实验室郭云龙研究员和刘云圻院士团队，利用聚合物分子骨架、分子量以及凝聚态形貌的调控策略，开发了两种具有高迁移率的本征可拉伸发光聚合物 (IDT-2T, IDT-Ph-2T) (图1)。在这项研究中，团队的研究结果表明刚性的IDT-2T骨架以及五元环位点空间扭转支链的设计策略，有效的调控了材料电荷输运和光电特性以及近无定形的低结晶和有限聚集形貌，实现了半导体光电性能和拉伸性能的协同调控，成功制备了具有高拉伸特性的聚合物发光二极管（PLED），为柔性可穿戴、柔性显示以及器件的集成奠定了可能的材料设计思路。相关成果以“Intrinsically Stretchable Light-Emitting Polymer Semiconductors with High Charge Mobility through Micro-crystalline Aggregation-Limited Morphology”为题发表在Advanced functional materials上（Adv. Funct. Mater. 2023, ASAP, 2310558），该论文的第一作者是博士后魏晓芳，博士生文巍和博士生史文康为文章的共同第一作者，通讯作者为郭云龙研究员和刘云圻院士。

图1. 可拉伸发光聚合物的分子设计及性质。 (a) 通过调控微结晶、有限聚集形貌的设计策略平衡可拉伸性质、发光性质和载流子输运性质；(b) 聚合物IDT-2T，IDT-Ph-2T的分子结构；(c) 聚合物构筑单元示意图和HOMO、LUMO轨道分布；(d) 多功能聚合物可拉伸性性能、PLED发光性质和OFET载流子迁移性质简图。

该工作是团队近期关于多功能聚合物相关研究的最新进展之一。通常优异的电荷输运性能要求聚合物具有高结晶性，然而高结晶性会导致材料拉伸力学性能的降低；同时高结晶性能也会降低聚合物的发光性能。因此，设计合成具有优良力学性能高迁移率发光聚合物半导体极具挑战。近年来，该团队围绕如何发展综合性能更高的高迁移发光聚合物（Advanced Optical Materials, 2022, 10(21), 2201243）和可拉伸发光聚合物材料与器件（Adv. Mater. 2022, 34(27), 2201844）两方面开展了深入系统研究，通过新的聚合物构筑方式和自组装三维穿透纳米网络等策略发展了一系列高迁移率发光聚合物和高性能可拉伸PLED器件。以上工作为发展可用于柔性显示及器件集成的多功能聚合物半导体的设计提供了新的设计策略以及奠定了坚实的基础。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202310558

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（责任编辑：xu）

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