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近日，复旦大学彭娟教授团队和新加坡国立大学林志群教授的AMR述评文章“Tailoring Multiscale Crystalline Structures in Conjugated Polymers: Bridging Fundamental Insights and Applications in Organic Field-Effect Transistors”在线发表。文章着重讨论了共轭高分子三类具有代表性的微观结构（包括多晶型结构、结晶取向和共晶结构等）的形成机制与调控策略，以及这些结构对载流子传输性能的影响，并总结了这类材料在微观结构研究中仍然面临的一些挑战。
关键词：共轭高分子，聚噻吩，结晶结构，结构-性能关系
原文提要："Effectively controlling the crystallization behavior of conjugated polymers is essential to unravel the intricate relationship between their microstructure and device performance and to enable their deployment in optoelectronic applications."
01 文章内容简介
共轭高分子是一类重要的功能高分子，其半导体物理性能不仅依赖于分子链本身的化学结构，还取决于薄膜中的多级微观结构。研究共轭高分子多级微观结构的构筑与调控，建立结构与性能之间的关系，具有重要的科学意义和应用价值。然而，由于共轭高分子由结构和性质截然不同的刚性主链和柔性烷基侧链组成，同时分子间具有多重相互作用（π-π相互作用、氢键、静电作用、范德华力等），导致体系的多级结构复杂多变，精准调控困难。
图1. 共轭高分子具有代表性的微观结构(晶型、结晶取向和共晶结构等)的调控及其载流子传输性能。
基于此，彭娟教授团队总结介绍了他们近几年在共轭高分子多级微观结构调控方面的工作，以聚噻吩、聚硒吩、及其它们的嵌段共聚物等为研究对象，有效调控了具有代表性的不同尺度的微观结构包括多晶型结构（链堆积尺度-Å量级)、结晶取向（晶片层堆积尺度-nm量级）和共晶结构（多组分相行为-nm~μm量级）等，并揭示了不同微观结构对载流子传输性能的影响。最后，他们还总结了共轭高分子这类材料在微观结构研究中仍然面临的一些挑战，针对这些挑战可以从共轭高分子的结晶成核与生长的可视化、量化分子间弱相互作用、理论和实验紧密结合等方面取得突破。
该工作为建立共轭高分子微观结构—载流子传输性能之间的关系提供了简单的实例，基于多晶型、结晶取向和共晶结构等的研究工作深化了对共轭高分子凝聚态结构的认知，丰富了高分子凝聚态的相关知识和机制，从中获得的规律、机制有望推广到更多新型共轭高分子体系。
02 AMR：您选择关注该领域的原因是？
作者团队：
共轭高分子是一类典型的半刚性链高分子，其链结构和凝聚态结构是影响其在功能器件中载流子输运的核心要素。近年来，共轭高分子的研究极大地带动和促进了高分子学科与材料、半导体物理、信息等学科的交叉融合，是高分子领域的重要研究方向。传统高分子凝聚态理论与实验方法主要基于柔性链和较弱的烷基链间的相互作用。目前，从理论和实验角度还无法采用高斯链模型予以普适描述半刚性共轭高分子的凝聚态行为，不利于其构效关系的建立。因此，我们团队希望将高分子化学和物理研究手段结合，研究共轭高分子结构-性能关系，在有机半导体领域充分展现高分子凝聚态物理的研究作用，为共轭高分子这类材料的实用化提供有利的理论和机制支撑。
作者简介
复旦大学高分子科学系教授 彭娟
彭娟，复旦大学高分子科学系教授，国家优秀青年科学基金获得者。本科毕业于吉林大学化学系，博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所。研究兴趣包括共轭高分子、嵌段共聚物、高分子共混物、有机-无机纳米复合材料等。
新加坡国立大学教授 林志群
林志群，新加坡国立大学化学与生物分子工程教授。研究兴趣包括嵌段共聚物、共轭聚合物、功能纳米晶体、电池、光催化、电催化、分层结构和组装材料、表面和界面性质等。
复旦大学 高分子科学系博士研究生 郑浩
郑浩，2023年9月在复旦大学高分子科学系攻读博士学位，导师彭娟教授。研究方向是共轭高分子多尺度凝聚态结构调控。
复旦大学 高分子科学系博士研究生 郭亚楠
郭亚楠，2022年9月在复旦大学高分子科学系攻读博士学位，导师彭娟教授。研究方向是外场调控共轭高分子多晶态与共晶态结构。
扫码阅读彭娟教授团队的精彩Account文章：
Tailoring Multiscale Crystalline Structures in Conjugated Polymers: Bridging Fundamental Insights and Applications in Organic Field-Effect Transistors
Hao Zheng, Yanan Guo, Zhiqun Lin*, and Juan Peng*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00193
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