通过调控聚集态取向同时提高F8BT的载流子迁移率和荧光量子效率

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共轭聚合物因其易于溶液加工、低成本及柔性特征等优良特性引起了越来越多的研究兴趣。通常来说,由溶液法制备的聚合物薄膜一般呈无规取向,而聚合物的取向行为与聚合物材料的电学性质、光学性质等都有着密切联系,因此调控聚合物的取向是改善聚合物物理化学性质的有效手段。
  通过调控聚合物取向提高聚合物的电学或光学性能已经有了大量报道,但大部分报道仅关注取向变化对聚合物单一的电学或光学性质的影响。而同时提高聚合物的电学和光学性能无论在科学上还是在技术上都是一个挑战性问题。这是因为,从机理上来说,同时提高聚合物的电荷传输能力和光学性质是互相矛盾的。通过共轭平面的兀.7c相互作用可以有效提高载流子迁移率,但同时也会增大激子猝灭的几率。虽然困难重重,但同时提高聚合物的载流子迁移率和荧光量子效率对聚合物在场效应发光晶体管、半导体泵浦激光器等光电器件领域的应用至关重要。因此,我们首次尝试通过调控聚合物取向的方法同时提高聚合物的电荷传输性能和光学性质。本论文研究主要分为以下三个部分:
  (1)本文以Poly(9,9-dinoctylfluorenealt.benzothiadiazole)(FSBT)作为研究对象,选取甲苯作为F8BT的溶剂。为了提高有机场效应晶体管器件性能,在制备F8BT薄膜作为有源层前,我们用OTS修饰了硅片基底,形成了致密有序的单分子层疏水界面,从而成功修饰了绝缘层/有源层界面。
  (2)采用纳米压印的方法构筑了二维受限空间,并通过AFM测试观察了压印后的薄膜表面形貌。通过一维X射线衍射和偏光显微镜我们研究了不同受限空间尺寸下,F8BT聚合物的结晶度和取向度,证明随着空间受限尺寸的减小,F8BT聚合物的结晶度和取向度逐渐增大,当纳米条带宽度为85nln时,F8BT聚合物的结晶度和取向度最大,分别为O.81和O.79。
  (3)研究了空间受限条件对F8BT聚合物电学性能和光学性能的影响,发现相对于F8BT薄膜,纳米压印后的F8BT聚合物的载流子迁移率和荧光量子效率有显著提升。接下来,我们继续研究了不同的空间受限尺寸对F8BT聚合物电学性能和光学性能的影响。发现随着纳米条带宽度减小,F8BT薄膜制备的晶体管器件的载流子迁移率和F8BT薄膜的荧光量子效率均逐渐增大,当纳米条带宽度为85nm时,载流子迁移率为O.826*10。3cm2/(v·s),是平面薄膜的2.6倍;荧光量子效率为54.2%,是平面薄膜的1.39倍。这是因为随着空间受限尺寸逐渐减小,聚合物薄膜的结晶度和取向度逐渐增大,薄膜内缺陷密度降低,从而同时提升了F8BT的载流子迁移率和荧光量子效率。
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