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共轭有机半导体分子因其易于设计合成、成本低、光电性能优良等受到广泛的关注,并在光电器件领域有着广阔的应用前景。随着共轭有机半导体材料研究的不断深入,确立分子结构与光电性能之间的关系成为这一领域的关键科学问题之一。但由于聚合物的组成非常复杂,不能满足上述基本问题研究的需要。单分散共轭齐聚物分子具有确定的分子结构和尺寸,易于提纯,可以获得高纯度的材料,可以作为研究共轭聚合物分子结构与光电性能的理想模型。芴-双噻吩交替齐聚物( OF8T2)兼有芴单元和噻吩单元的优点,具有良好的溶解性、化学稳定性和较高的载流子迁移率,很有潜力成为应用最广泛的有机半导体材料之一。
我们选用单分散齐聚物(9,9’-二辛基芴-共-双噻吩)(F3Th4,F5Th8)作为模型化合物通过溶液加工的方法制备薄膜,研究了薄膜形貌和分子排列行为。对于样品F5Th8,通过DSC、POM、WXRD表征,确定F5Th8是向列型热致液晶,并且利用配有热台的偏光显微镜和变温WXRD跟踪了相变过程分子排列的变化。通过旋涂的方法制备薄膜,此时分子在薄膜中的排列是无序的。对其退火处理后,分子在薄膜中采取分子主链平面垂直于基底的方式排列。薄膜厚度和退火温度都会影响分子的排列与薄膜形貌。在摩擦过的聚酰亚胺上涂膜并且退火处理,实现了分子的长程有序,这种排列对于得到高迁移率的器件是非常有利的。
对于样品F3Th4,成膜方法对于其薄膜中分子的排列和薄膜形貌起着决定性的作用,通过不同的溶液加工方法可以得到两种不同的分子排列取向的薄膜。针对毛状-棒状分子刚性主链和柔性侧链间的不同的性质可能会使分子自组装出特定的微结构的特点,通过石油醚/二氯甲烷混合溶液,利用溶剂对分子主链和侧链溶解能力的不同,使F3Th4分子发生自组装,在溶液中产生有序的结晶结构。静置一段时间后,进行浇铸,得到的薄膜中F3Th4分子的共轭平面垂直于基板排列。另外,旋涂制备F3Th4薄膜,退火,薄膜中出现F3Th4分子的共轭平面垂直与基板排列的四级衍射。相对于混合溶液得到的针状晶体,该薄膜结晶更完善,层间距更小,半峰宽更窄。旋涂的薄膜经过摩擦处理,分子F3Th4的偶极距平行于摩擦方向优先排列,退火处理后分子排列进一步优化。
通过静电层层组装构筑豇豆花叶病毒(CPMV)的超薄膜,并以它作为前驱体在上面通过旋涂制备齐聚物F3Th4的薄膜。CPMV纳米颗粒的引入大大地增强了齐聚物F3Th4的放大自发发射性能。静电层层组装的(PDDA/PSS)3(PDDA/CPMV)4多层膜上旋涂的F3Th4薄膜具有最小的阈值,最小的损耗和最大的增益。放大自发发射性能的提高源于CPMV纳米颗粒在激发体积内多次散射光子引起正向反馈。
制备了明星分子聚3-已基噻吩的纳米线,通过导电原子力显微镜研究了单根纳米线轴向的导电性,并且通过掺杂大大地提高单根纳米线的导电性。