2024年6月6日，貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院劉迅成特聘教授****團(tuán)隊(duì)在高性能新型共軛聚合物半導(dǎo)體材料的研究中取得了突破性進(jìn)展，該工作以“Designer Conjugation-Break Spacer that Boosts Charge Transport in Semiconducting Terpolymers”為題發(fā)表在高分子領(lǐng)域頂級(jí)期刊Macromolecules（自然指數(shù)期刊，中科院一區(qū)TOP）。貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院是論文的第一完成單位，2021級(jí)碩士研究生強(qiáng)云峰是第一作者，2021級(jí)碩士研究生謝潤(rùn)澤、美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室何博博士為共同第一作者，貴州大學(xué)劉迅成特聘教授和美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室劉毅高級(jí)研究員為論文通訊作者，論文共同作者還包括美國(guó)南密西西比大學(xué)顧曉丹教授。

近年來(lái)，設(shè)計(jì)合成全新的結(jié)構(gòu)單元已成為提高聚合物半導(dǎo)體載流子傳輸性能的有效途徑。常見的構(gòu)筑聚合物的結(jié)構(gòu)單元具有共軛的分子骨架和剛性的平面結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠淠軌蛱岣咧麈湽曹楅L(zhǎng)度、加強(qiáng)分子間相互作用和促進(jìn)緊密的鏈間堆積從而有利于獲得高載流子遷移率，所以非共軛單元通常被排除在設(shè)計(jì)高遷移率共軛聚合物之外。盡管非共軛柔性單元可用于構(gòu)筑具有優(yōu)異機(jī)械性能的聚合物半導(dǎo)體材料，然而非共軛剛性結(jié)構(gòu)單元鮮有報(bào)道，且其在構(gòu)筑高遷移率聚合物半導(dǎo)體方面的研究還是空白。

鑒于此，貴州大學(xué)劉迅成特聘教授團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上(_Adv. Sci.,_2024, 2401345;Mater. Horiz., 2024, 11, 283; Acc. Chem. Res., 2023, 56, 1669; Adv. Funct. Mater., 2022, 2201903; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23497; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801874; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8355)提出主鏈引入非共軛剛性單元提高聚合物半導(dǎo)體載流子遷移率的策略，設(shè)計(jì)并通過簡(jiǎn)單的方法合成了一種新型的非共軛剛性結(jié)構(gòu)單元（DKPDO），將其以不同的比例引入到基于異靛藍(lán)和聯(lián)噻吩的共軛主鏈中成功構(gòu)筑了一系列無(wú)規(guī)共軛聚合物，系統(tǒng)地研究了DKPDO及其含量對(duì)聚合物的溶解度、聚集行為、薄膜微觀形貌、電子能級(jí)、主鏈共平面性和場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件性能的影響。與不含DKPDO的聚合物相比，引入不同比例的DKPDO均可提高聚合物主鏈的共平面性、拉低前線軌道能級(jí)、降低溶解性和誘導(dǎo)混合結(jié)晶取向，從而能普遍提高空穴遷移率和器件操作穩(wěn)定性。此外，含2.5%DKPDO的無(wú)規(guī)共聚物由于具有最大的結(jié)晶相干長(zhǎng)度和最小的結(jié)晶無(wú)序度，其空穴遷移率高達(dá)4.12 cm2?V-1?s-1，是不含DKPDO聚合物的遷移率的6倍，且是基于異靛藍(lán)中心擴(kuò)展單元構(gòu)筑的聚合物的最高值之一。該研究首次實(shí)現(xiàn)了引入非共軛單元大幅提高聚合物載流子遷移率，為獲得高性能聚合物半導(dǎo)體材料提供了一種簡(jiǎn)單且高效的新方法。

? ? 該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、貴州省科技廳科學(xué)技術(shù)基金和貴州省教育廳科學(xué)技術(shù)基金的資助。該研究感謝貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院康超教授和物理龔秀教授的協(xié)助，以及貴州大學(xué)省部共建公共大數(shù)據(jù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供算力支持。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00613

圖文：強(qiáng)云峰

一審：李龍

二審：趙飛

三審：劉劍