北京大学裴坚教授系统评述：共轭高分子多级组装中存在的四级结构：一种理解、总结和发展“构效关系”的新视角

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共轭高分子材料具有质轻、柔软、成本低、性能易于调控且可溶液加工等特点，在有机电致发光二极管、有机光伏、场效应晶体管与传感器件等领域有广泛的应用前景。共轭高分子体系可以通过复杂多变的非共价相互作用进行组装，形成具有不同微观结构的聚集态，因此，高分子半导体器件有着不同于无机半导体材料的电荷传输过程。因此，小到分子尺度的共轭基元堆积参数，大到介观尺度的聚集态行为都会对载流子传输过程产生影响，然而共轭高分子材料宏观上的光电性质受到构成器件的小分子到高分子的所有组装过程的影响，器件性能无法受单一变量控制，同时调控不同尺度的分子排列非常困难。

高分子半导体材料科学的研究重点是“结构与性能”的关系，即宏观上材料的光电性质受到构成器件的小分子或高分子的分子结构、化学环境和固相组装的影响。发展高性能半导体器件的挑战之一在于如何控制分子或高分子主链在每一相中的排列，使得它们对于所有相关的光电过程都是最优情况。因此，了解并精细调控各尺度范围内的共轭高分子聚集体微观结构，即深入研究共轭高分子多级组装对于明确高分子功能材料构效关系具有重要意义。

裴坚教授课题组在《高分子学报》2019年第1期发表的专论中基于共轭高分子多级组装与蛋白质多级组装的相似性，首次划分了共轭高分子多级组装中存在的四级结构：

• 一级结构为通过共价作用形成的一维聚合物链结构；

• 二级结构为通过分子间相互作用如π-π堆积(π-π stacking)、层状堆叠(lamellar packing)和链缠结等形成的一条或多条聚合物链组装结构；

• 三级结构为不同相行为对应的聚集结构，例如结晶、无定形区域(crystalline and amorphous region)和过渡区域等；

• 四级结构为多组分相互作用及相分离的材料体系。

以四级结构为框架，专论系统评述了近年来共轭高分子多级组装的相关研究方向的研究进展，为观察、理解并指导高分子多级组装提供了新视角，最后，为建立完整的“构效”关系、优化器件性能提出了前瞻性的预期和理论基础。

链接地址：

http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20180223peijian.pdf 

来源：高分子学报

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