《共軛高分子PFO鏈構象變化對載流子遷移率影響的研究》是依託吉林大學，由陸丹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：共軛高分子PFO鏈構象變化對載流子遷移率影響的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陸丹
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於半剛性共軛高分子的光電高技術（如柔性光伏電池）是競爭非常激烈的國際前沿研究領域。但目前所開發的聚合物光伏電池效率普遍較低，制約其效率提高的主要原因是低的載流子的遷移率。這是有機電子材料邁向實用化的瓶頸，也是光電領域關鍵的、帶有共性並亟需解決的問題。. 鏈構象在分子運動中扮演重要角色，分子內部許多運動模式是由分子鏈構象變化的協同作用實現的。此研究擬從鏈構象變化入手，研究從孤立的大分子鏈在稀溶液中構象至大量分子鏈凝聚成固態薄膜過程中構象是否相同？有何不同？分子間相互作用機制如何？以揭示共軛高分子鏈構象變化對載流子遷移率的影響規律，旨在從根本上提高光電器件水平。建立構象變化與遷移率的關係，是提高載流子遷移率的新方法、新思路，國內外尚未見報導。研究具有很強的創新性及挑戰性，其中蘊藏巨大的寶庫等待人們去探索和發掘。因此，本研究具有重要的科學意義和研究價值。
結題摘要
此項目從鏈構象變化入手，研究了從孤立的大分子鏈在稀溶液中構象至大量分子鏈凝聚成固態薄膜過程中構象的變化的特點、規律及其定量關係。深刻的揭示出在分子鏈在溶液到膜的凝聚態轉變過程中β構象的形成和機制、以及PFO鏈構象變化對載流子遷移率的影響。 主要研究內容包括以下四個方面。 第一，我們利用溶劑外場的兩個不同的形式——溶劑化效應和去溶劑化效應調控PFO溶液中β構象的含量。研究發現：溶劑化效應和去溶劑化效應均能夠通過改變PFO溶液中的聚集態結構特徵進而提高β構象的含量。溶劑化效應能夠使β構象的含量最高調控到40%，並且使其處於亞穩態；而去溶劑化效應亦能提高β構象的含量，幅度可達18%。在這個過程中，發現β構象的含量與其在溶液中的聚集程度密切相關。基於之前關於PFO聚集體的相關報導，我們在國際上首次提出PFO具有不同的聚集程度——介觀聚集和巨觀聚集，並且通過濾膜實驗將二者進行了很好的界定並證明。此外，與之前相關報導中的半定量計算方法相比，我們將朗伯比爾定律和理論計算（DFT和TD-DFT）相結合，提出了一種新的定量計算PFO的β構象含量的方法，並且該方法在PFO的溶液和薄膜中均適用。以上工作已在發表在J. Phys. Chem. C, 116, 7993-7999 (2012) 。 第二部分工作是基於我們認為α構象是形成β構象的本源。我們通過馬克-霍溫克指數a、分形維數D以及形狀因子Rg/Rh分別從高分子鏈的粘度、分形特徵（標度律、自相似）以及拓撲結構這三個方面對PFO的孤立單鏈——α構象進行了研究。從這三方面得出的結論能夠互相印證。我們關於PFO孤立單鏈α構象的分形維數的研究是基於之前相關研究的一種拓展和延伸。以上研究對於我們在第三部分工作中研究PFO的α構象和β構象之間的相互轉變過程及機理具有十分重要的啟發性。此工作已發表在J. Phys. Chem. B， 118, 791−799（2014）。 第三部分工作中，我們利用溶劑外場的變化——溶劑化效應集中研究了PFO溶液中α構象向β構象的轉變，即β構象的形成過程及機理；還利用溫度外場的變化——溫度效應研究了β構象向α構象的轉變過程及機理。從研究結果得到新的啟示：溫度外場可以作為一種在PFO溶液中準確調控β構象含量的方法，恰當的控制溫度能夠幫助我們得到預期的β構象含量。Soft Matter, 11, 2627–2638
