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中子散射揭秘溶液中共轭聚合物聚集结构

作者: 来源: 访问: 时间:2018-9-7

  中子物理学重点实验室大分子团队与北京大学裴坚课题组合作,借助小角中子散射独特的技术优势,通过近两年的探索首次实现了溶液状态下光电共轭高分子预聚集行为的观察研究,不仅证实了一直以来的理论预测,也为材料理论的由分子无序态到固态有序堆积填补了证剧空白,相关结果已发表在Advanced Materials期刊上。

  

  图1 光电共轭高分子的中子小角散射实验与理论模型

  能源与材料是当今科学研究中的最热门的领域之一,每一次材料研究中的重大进步都会深入地影响和变改着世界。新型有机光电功能材料的开发与应用为科技的进步和人类改造世界能力注入了新的活力。北京大学裴坚教授组合成了一类全新的光电功能高分子材料BDOPV,其显著效率(载流子迁移率)比原来母体材料提升了104倍。然而在其内在机制,特别是溶液条件下材料分子的预聚集行为对材料最终性质的影响等方面的研究进展明显受阻,常规的科学研究手段很难进行深入探索。

  研究人员利用中子小角谱仪,通过新颖的实验设计与近两年的实验积累和反复验证,首次实验实现了溶液状态下光电共轭高分子预聚集行为的观察研究,不仅证实了一直以来的理论预测,也为材料理论的由分子无序态到固态有序堆积填补了证剧空白。深入的小角中子散射实验数据证实BDOPV分子在良溶剂条件下是以折形的一维蠕虫(Worm-like chain)形态出现,在不良溶剂条件下是以二维的片状结构(lamellar)出现,两种不同形态直接导致了旋转涂膜工艺过程中形成了薄膜上分子链有序性堆积的巨大差异,从而使得性质出现显著性变化。而小角中子散射的分析结果也与紫外可见光吸收(UV-vis absorption spectroscopy)、冷冻电镜(Freeze-drying TEM)、共振软x射线薄膜分析(Resonant soft X-ray scattering)等研究结果相互应证。

  

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文章录入:余泳 责任编辑:余泳
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