《Nat.Commun.》尺度均一的聚合物膠束製備電子器件

嵌段共聚物膠束的功能化及應用是高分子自組裝領域的熱點研究方向之一，並且近年來已經在許多方面取得了顯著的進展。然而，關於導電聚合物的膠束化，及其導電性質的表徵方面的研究還相對較少。

近日，英國布里斯託大學Ian Manners教授研究組聯合Charl Faul教授研究組報道了利用結晶驅動自組裝方法中的熱致「自成核」法，將聚噻吩嵌段共聚物，regioregular poly(3-hexylthiophene)-b-regiosymmetric poly(3-hexylthiophene)（rrP3HT-b-rsP3HT)，在溶液中組裝成為長度均一且可控的柱狀膠束（組裝過程如圖1所示）。由於溶解性的差別，rrP3HT嵌段形成膠束核，而rsP3HT嵌段形成膠束殼。這種核殼結構大幅提高了膠束的膠體穩定性，使得作者可以對其進行進一步的操作，從而精確地控制柱狀膠束長度。

圖1. (a)rrP3HT-b-rsP3HT嵌段共聚物的化學結構及熱致「自成核」法組裝過程； (b)rrP3HT48-b-rsP3HT43，及(c)rrP3HT106-b-rsP3HT47所組裝成的柱狀膠束透射電鏡圖；(d-f)rrP3HT106-b-rsP3HT47組裝成的不同長度的柱狀膠束透射電鏡圖；(g) 加熱溫度對柱狀膠束長度的影響。

在膠束的導電性質表徵方面，首先作者使用了隧道原子力顯微鏡證明了rrP3HT-b-rsP3HT膠束的半導體性質。作者進而利用這些膠束製備了場效應晶體管，並且在對比實驗中，測試了另一種以聚苯乙烯為殼、rrP3HT為核的柱狀膠束，以及相應的rrP3HT均聚物。通過這些實驗，作者發現了空穴遷移率與rrP3HT分子量成正相關，並且不會受到膠束的成殼嵌段的影響。

在進一步的實驗中，作者利用長度均一的rrP3HT-b-rsP3HT膠束製備了場效應晶體管，並發現了其空穴遷移率與膠束長度呈現超線性關係（如圖2所示）。並且，通過將膠束進行取向排列，可以使得空穴遷移率大幅提高。在文章的最後，作者指出，儘管該工作中得到的空穴遷移率與文獻中報道的最高紀錄相比存在一定差距，但是該工作的主要目的是證明這一結晶驅動自組裝方法在導電嵌段共聚物體系中的可行性，為這一領域將來的發展提供一個新的思路。

圖2. (a) 利用柱狀膠束製備的場效應晶體管中空穴傳導方式的示意圖；(b) 空穴遷移率與柱狀膠束長度的關係；(c) 經過取向排列後柱狀膠束的原子力顯微鏡圖；(d) 柱狀膠束經過取向排列後製備場效應晶體管的表徵結果。

文章的共同第一作者是Manners組的博士後李霄羽（入選中組部第十三批青年千人，現已入職北京理工大學）和Faul組的2017屆博士生Piotr Wolanin。該研究還得到了歐洲同步輻射實驗室、瑞士洛桑聯邦理工學院、多倫多大學、英國Folium光學公司等單位的相關研究人員大力支持。

相關研究結果以Uniform electroactive fibre-like micelle nanowires for organicelectronics為標題發表在近期的Nature Communications上。

參考文獻：

Li X, Wolanin P J, MacFarlane L R, et al. Uniform electroactive fibre-like micelle nanowires for organic electronics[J]. Nature communications, 2017, 8: 15909.

鏈接：

https://www.nature.com/articles/ncomms15909

來源：高分子科學前沿

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