Science Advances：通过印刷工艺提高共轭高分子电荷传输性能学术资讯

来源：高分子科学前沿

共轭高分子材料不同于无机或小分子半导体材料的独特之处在于链内的载流子传输，如何调控链内的载流子传输也是实现高性能有机电子器件的关键。有机高分子骨架的平面性和有机薄膜的形貌对调控载流子性质至关重要。然而，简单的、非合成的途径去调控共轭高分子的平面性和多维尺度下的组装行为仍然是一个难题。

最近，一篇发表在 Science Advances 上的文章（Sci. Adv. 2019;5: eaaw7757）报导了一种通过控制印刷流动的方式来调控有机高分子的骨架平面性和共轭长度。这种构想的改变导致一种显著的形貌转变，从手性的螺旋的到非手性的直线的形貌，这种转变产生了显著的载流子迁移率提高。更值得一提的是，文章从理论上提出了有机高分子溶液在印刷涂布过程中的流动机理，认为流动抑制了一种易溶的螺旋的中间相，导致了这种形貌的转变。

通过刀片刮涂和笔尖直写的方式，我们可以印刷有机共轭高分子材料为有机电子器件。而印刷过程中的移动速度会对最终的有机薄膜的形貌有很大影响。在不同的移动速度下，会形成不同的成膜状态。当速度由低变高时，会出现“蒸发模式”，“过渡模式”和“Landau-Levich模式”。在第一种蒸发模式下，有机高分子呈现螺旋构象，相较于低速涂布产生的蒸发态，第二种过渡态存在时间更短，有利于其快速取向呈现平面构象。并且相对于第三种高速涂布速度产生的Laudau-Levich态，第二种过渡态更有利于对聚合物的构象产生一定的诱导，简言之，过渡态的存在时间合理且适中。其原因在于在不同的速度下，液膜的厚度和液体内的剪切速度梯度以及溶剂蒸发的影响不同，这些因素的共同作用下，导致了有机高分构象的不同。

分子构象的不同的影响会反映在不同的尺度上。有机薄膜的形貌，介观的组装方式以及最后薄膜的吸收光谱都会有显著的差异。

在不同印刷速度下制备的有机场效应晶体管的性能表征。

对于三种成膜的模式，“蒸发模式”，“过渡模式”和“Landau-Levich模式” 的形成机理。文章使用了COMSOL模拟来论证。作者针对流体的流动，有机溶剂的挥发，非挥发组分的对流与扩散和高分子的热力学性质经行了严密的方程推导，得到了总的多物理场耦合的偏微分方程。然后通过COMSOL的自定义偏微分方程接口经行了求解。最终得到了，在不同条件下的液面高度分布，流速分布和剪切速度梯度分布。理论模拟的结果预测了在不同的印刷速度下会出现不同的成膜的模式，很好地支持了论文的观点。

来源：Polymer-science 高分子科学前沿

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