控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜

2021-01-11 科學網

控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜

作者：

小柯機器人

發布時間：2021/1/10 19:41:27

北京大學雷霆團隊通過控制溶液態聚合物聚集體的動力學用於實現聚合物半導體的高效n摻雜。 相關研究成果發表在2021年1月06日出版的《德國應用化學》。

聚合物半導體的摻雜通常受到聚合物和摻雜劑之間相容性問題的限制。儘管人們致力於通過化學改性來提高聚合物半導體的相容性，但n摻雜聚合物半導體的電導率通常低於10S cm  1。

該文中，研究人員開發了一種通過調節共軛聚合物的溶液態聚集體來克服相容性問題。研究人員發現共軛聚合物的溶液態聚集體不僅隨溶劑和溫度而變化，而且隨溶液老化時間而變化。調節溶液態聚合物聚集體可以直接影響其固態微觀結構和與摻雜劑的相容性。結果表明，同時獲得了高摻雜效率和高載流子遷移率。研究了聚合物聚集體的動力學行為後，n型摻雜的P（PzDPP-CT2）電導率可調諧到32.1 S cm  1。

該方法還可用於提高其它具有不同聚集傾向和行為的聚合物體系（如N2200）的摻雜效率。

研究結果揭示了聚合物聚集體的動力學以及對固態微結構和摻雜效率的影響的重要性。

附：英文原文

Title: Efficient n‐Doping of Polymeric Semiconductors through Controlling the Dynamics of Solution‐State Polymer Aggregates

Author: Miao Xiong, Xinwen Yan, Jia-Tong Li, Song Zhang, Zhiqiang Cao, Nathaniel Prine, Yang Lu, Jie-Yu Wang, Xiaodan Gu, Ting Lei

Issue&Volume: 06 January 2021

Abstract: Doping of polymeric semiconductors is often limited by the miscibility issue between polymers and dopants.  Although significant efforts have been devoted to enhancing the miscibility via chemical modification, the electrical conductivities of n‐doped polymeric semiconductors are usually below 10 S cm  1  . Here, we report a different approach to overcome the miscibility issue by modulating the solution‐state aggregates of conjugated polymers. We found that the solution‐state aggregates of conjugated polymers not only change with solvent and temperature but also change with solution aging time. Modulating the solution‐state polymer aggregates can directly influence their solid‐state microstructures and miscibility with dopants. As a result, both high doping efficiency and high charge carrier mobility were simultaneously obtained.  The n‐doped electrical conductivity of P(PzDPP‐CT2)  can be tuned up to 32.1 S cm  1  after exploring the dynamics of the polymer aggregates. This method can also be used to improve the doping efficiency of other polymer systems (e.g. N2200) with different aggregation tendencies and behaviors. Our results highlight the importance of understanding the dynamics of the polymer aggregates and the influence on the solid‐state microstructures and doping efficiency.

DOI: 10.1002/anie.202015216

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015216

相關焦點

  • :導電聚合物研究應用評論
    導電聚合物的摻雜、化學結構和合成。在發現聚乙炔之前，無機材料聚氮化硫(SN)x是導電聚合物的原型（圖2）。這種材料表現出固有的非摻雜金屬電導率。同時，它的所有鍵長相等，意味著沿聚合物主鏈的鍵長交替值為零，這是實現高導電性的關鍵特徵。
  • :有機半導體n-型摻雜的光活化突破熱力學極限
    使用分子摻雜劑的有機半導體的化學摻雜在製造高效的有機電子器件中起關鍵作用，分子摻雜劑在有機電子中的優先選用是考慮了與主體的兼容性，包括蒸發溫度或可控的溶解度
  • :超窄帶隙的n型高分子半導體構築高效全聚合物太陽能電池
    可以明顯發現，所有高性能的高分子受體材料所製備的全聚合物太陽能電池的短路電流密度都小於19 mA cm−2（圖 1），遠低於基於非富勒烯小分子受體材料構建的有機太陽能電池的短路電流密度值。因此，發展在近紅外區域具有強、寬吸收特性和優異電荷傳輸性能的新型n型高分子半導體對突破全聚合物太陽能電池短路電流以及能量轉換效率較低的關鍵問題十分重要。
  • ...金屬有機聚合物實現胺和二氧化碳與氫氣的高效選擇性N-甲醯化反應
    通過多孔金屬有機聚合物實現胺和二氧化碳與氫氣的高效選擇性N-甲醯化反應 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/19 10:39:27 復旦大學化學系塗濤課題組通過多孔金屬有機聚合物實現了利用二氧化碳、氫氣和胺合成
  • 王心晨Angew:負載鈷的線性共軛聚合物光催化劑用於析氧反應
    已經研究了許多無機半導體，在有犧牲劑的條件下作為分解水半反應的光催化劑，該半反應在存在空穴或電子犧牲劑的情況下產生氫氣或氧氣。這使得整個系統能夠以較高的太陽能轉化效率進行分解水全反應。有機光催化劑的探索程度卻不高，自2009年首次用於光催化以來，氮化碳是目前研究最多的有機光催化劑。
  • :窄帶隙n型高分子半導體及其高性能全聚合物太陽能電池
    全聚合物太陽能電池（all-polymer solar cells）作為有機太陽能電池的重要一類，其光吸收層（電子給體/電子受體）全部由高分子半導體材料組成。相比於基於小分子受體（富勒烯/非富勒烯）的有機太陽能電池，全聚合物太陽能電池表現出優異的器件性能穩定性和機械性能，在柔性、可穿戴電子器件領域具有巨大的應用潛力。
  • 南科大郭旭崗團隊n型有機和高分子半導體材料研究連發5篇頂刊
    該研究提出了聚合物粘合劑的新型策略，通過合成一個柔性的共軛n型聚合物，使其能夠作為一種粘合劑粘合小分半導體的晶界，提升其機械性能，實現了柔性有機電晶體器件（圖 1）。這種聚合物能有效地抑制小分子和聚合物之間的相分離，進一步實現了晶粒間的粘合作用。
  • Chem》綜述: 環狀聚合物的合成、性能及應用前景
    由於其特有的拓撲結構，與常見的線形或支化聚合物相比，環狀聚合物表現出獨特的性質，例如較小的流體力學體積、較慢的降解速率、較好的穩定性以及較高的玻璃化轉變溫度等。近二十年來，人們致力於開發高純度環狀聚合物合成工藝，並揭示環狀聚合物的拓撲結構與物理性能的關係。通過使用新型且高效的催化劑或末端基團間的「點擊」反應來形成環狀鍵的方法為調節聚合物的物理性質提供了一種新的途徑。
  • 導電高分子聚合物固態電解電容器特性研究
    綜述 導電高分子聚合物指的是具有長鍵結構的一類聚合物，雖然這類材料處於本徵態的電導率比一般具有共軛結構的聚合物要高，但它們還是絕緣體或準半導體，將導電高分子從絕緣態轉變成導電態需要從分子鍵中遷移出電子，即所謂的摻雜，導電聚合物是由具有共軛л鍵的聚合物經化學或電化學的摻雜而形成或導電聚合物,除具有高分子聚合物的一般結構特點外還含有一價的對陰離子
  • 磷酸釩鈉、二維金屬-有機聚合物、超快剝離黑磷、納米ZnCo2O4/多孔...
    因此，湖北第二師範學院吳田課題組和新加坡國立大學呂力（Li Lu）課題組合作，在本篇綜述中重點討論了聚陰離子-型磷酸釩鹽Na3V2(PO4)3的晶體結構和電子結構內部，從而為實現高效電化學存儲提供有關見解。最後，作者對這一研究領域進行了展望。
  • 配位聚合物化學(上、下冊)
    同時，通過DFT 計算發現類石墨烯邊緣摻雜的氮原子能夠提供額外的鋰儲存容量［圖2（b）］。圖2　（a）氮摻雜類石墨烯納米顆粒在100mA/g（左）和5mA/g（右）電流密度下的循環性能曲線；（b）二維石墨烯內部大孔（左）和八個鋰原子儲存在空間中（右）的簡化模型最近，又有研究表明，當作為LIB 負極材料時，PNC@Gr 表現出高的比容量、顯著的倍率性能及良好的循環穩定性。
  • 一文看導電聚合物熱電材料研究進展
    由於採用熱電材料的製冷和發電系統具有體積小、重量輕、無任何機械轉動部分、工作中無噪音、不造成環境汙染、使用壽命長、易於控制等優點，被認為是將來非常有競爭力的能源替代材料，在未來綠色環保能源工程和製冷技術工程方面有廣闊的應用前景。
  • GPC在聚合物材料分析中的應用
    GPC除了能應用於高聚物分子量及分布的分析, 還可用於研究高聚物的支化程度、共聚物的組成以及高分子材料中的低聚物和微量小分子等方面的分析。隨著對新型填料的研發, 高效分離柱子的誕生, 以及與粘度計、靜態光散射、蒸發光散射等各種新型檢測器聯用, 再結合紫外 (UV) , 紅外 (FTIR) 等其它儀器分析方法, GPC的用途不斷被拓寬, 如今GPC已廣泛應用於食品、工業、農業、醫學等各個領域。
  • 同濟大學聲子學中心:有機聚合物及其納米複合材料熱傳導研究進展綜述
    然而，通常使用的熱界面材料(包括環氧樹脂在內的高分子聚合物材料)為熱絕緣材料，其熱導率只有0.1-0.3Wm-1K-1左右。因此，為降低熱界面材料自身熱阻，通常會在聚合物中摻雜高熱導納米顆粒製成納米複合材料，如金剛石顆粒、納米碳管或者金屬顆粒或金屬線，以增加熱傳導效率。
  • 中國藥科大學 Nano Lett.報導: 納米配位聚合物協同NO和化學動力學...
    儘管通過對一氧化氮供體結構的巧妙的設計，能夠通過簡單地調節pH、光照、溫度來控制供體產生NO的速率，但NO供體在對腫瘤部位的精確靶向和靶位處的控制釋放在癌症治療應用方面仍然是一個挑戰。因此，在聚合物納米載體、二氧化矽顆粒、金納米顆粒和CaCO3納米顆粒的內部或表面攜帶NO供體，用以克服小分子NO供體的缺點。
  • 《Nature》:新型聚合物單元引領行業革命——短肽四聚體再聚合為剛性聚合物
    Saven的研究小組，創造了一個新的聚合物基本單位——Bundlemers。他們將物理(非共價)相互作用和點擊共價組裝相結合，以合成肽基聚合物。這種聚合物單元可以被精確設計組裝形成具有可控性和穩定性的功能高分子材料。
  • Incom聚合物溶解光纖實現互動按鈕顯示革新視頻/音頻編輯控制臺
    -Incom的聚合物溶解光纖實現互動觸覺反饋按鈕顯示革新視頻/音頻編輯控制臺-將Fairlight的專利Picture Key Technolog與Incom的光纖結合帶來具有無限設計和功能可能的控制表面拉斯維加斯和麻薩諸塞州查爾頓2016年4月19日電 /美通社/ -- 全球最大的創新玻璃和聚合物溶解光纖解決方案供應商
  • 形狀記憶聚合物萬能抓手
    以往的研究展示了多指抓手用於操縱不同形狀物體的優勢。然而，這種主動控制的多指抓手機械結構複雜，還需要集成大量的傳感器、驅動器。同時，多指機械抓手的控制也異常複雜：首先需要傳感器採集力學/視覺信號，在此基礎上依靠中央處理器和複雜的算法來確定抓手抓取某個物體的方案(比如說手指要張多開，對物體要施加多大的力，力要施加在什麼地方等)。此外，多指機械抓手無法處理薄而脆的物體。
  • 索爾維特聚合物應用於消費品行業
    索爾維的特種聚合物已被證明在滿足客戶需求、提供符合特定產品要求的解決方案，以及替換已經達到性能極限的工程塑料聚合物方面表現優異。作為食品與飲料行業可靠的材料供應商，索爾維特種聚合物經積累了20多年的豐富經驗，可為業界提供符合FDA標準以及嚴格的歐洲食品接觸法規的業界最豐富的高性能聚合物。