南京工业大学林进义副教授课题组在聚芴平面化构象和晶化过程研究发表新进展
大分子链行为与相互作用，主导聚合物不同尺度结构的形成与演变机制，最终决定高分子材料的微观结构与宏观性质；揭示并解决塑料电子中的高分子物理与化学问题，是优化与丰富高分子半导体光电性质的重要前提；深入探索高分子主链构象转变与晶化过程，将有助于优化固体凝聚态结构提高材料性质。
在塑料电子学中，一维线性共轭聚合物的定向电子离域行为，使其分子链构象是决定聚合物光电性能的重要因素。相比于其它分子构象，聚芴半导体的分子链共平面化构象，即β相，具有更长的有效共轭链长，使其呈现优异光电行为，如具有良好的光致/电致发光稳定性、较高的载流子迁移率和优异的发光器件性能、低的激光阈值，在过去二十年间成为聚芴半导体领域的研究重点。
在总结前期工作的基础上，IAM团队黄维院士和林进义副教授团队发现经典的聚芴半导体材料—聚（9，9）二辛基芴（PFO）具有良好的共平面化能力，在1，2二氯乙烷（DCE）具有明显凝胶化聚集过程，可诱导分子链形成共平面化构象，决定溶液后加工的薄膜形貌，通过控制聚集过程，实现在旋涂原位薄膜上形成有序的β相聚集体纳米薄膜（Chinese Journal of Polymer Science, 2016, 11, 1311, ACS Applied Material Interfaces 2016, 8, 18969.）。然而，目前只有在PFO及其衍生物具有β相共平面化能力，称为第一代β相聚芴半导体，而第一代β相聚芴半导体易于聚集和易被空气氧化，限制其应用发展。在2014年，通过主链双侧不对称分子设计理念，开创了具有共面平化构象的第二代β相聚芴半导体（PODPF，Macromolecules 2014, 47 (3), 1001. ACS Applied Material Interfaces 2016, 8, 21648. The Journal of Physical Chemistry C 2017, 121 (35), 19087. Journal of Materials Chemistry C 2017, 5 (22), 5345-5355, Polymer, 2018, Accepted.）。
基于前期的设计基础，在原有的共平面化构象聚二芳基芴主链引入不同的螺芴基团，在保证共平面化构象的基础上提高材料的光电特性。研究结果表明，位阻功能化的聚二芳基芴呈现高稳定性的电致光谱。经研究发现，基于螺芴氧杂蒽的聚二芳基芴在提高材料蓝光稳定性的同时，具有共平面化构象形成能力，呈现超低阈值的受激放大辐射效应（ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (43), 37856.）。在此基础上，系统研究了聚芴无规和平面化构象的光物理和荧光各向异性行为。通过PFO和PODPF的β构象薄膜，探索构象转变对于其吸收和发射光谱，薄膜形貌，发射衰减行为和荧光各向异性的影响。通过荧光寿命成像（FLIM）测试中直接获取的二维图像验证了聚芴平面化构象的自掺杂薄膜，且其荧光衰减寿命均低于无规构象的薄膜，首次通过成像直观呈现聚芴半导体-β构象薄膜的自掺杂特性。此外，通过荧光各向异性成像（FAIM）表征显示β构象薄膜由于较高的分子链取向而呈现出较高的各向异性。本工作报道的FLIM和FAIM表征提供了一种有效的途径探索共轭聚合物构象转变的本征光物理过程。
相关成果发表在Journal of Physical Chemistry Letters（Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, 9, 364）杂志上，并被邀请做ACS liveslides展示。本系列工作得到IAM团队Donal Bradley、解令海教授、王建浦教授、仪明东教授和张新稳副教授以及澳大利亚墨尔本大学的Trevor教授的支持。第一作者分别为2016级博士研究生虞梦娜（Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, 9, 364）和2017级博士研究生白鲁冰（ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (43), 37856.）。
该系列工作得到了国家973项目、国家自然基金项目等项目的资助和支持。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.7b03148
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b08980
来源：南京工业大学先进材料研究院
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