聚芴类共轭聚合物(PFs)从溶液到薄膜凝聚态演变过程中的定量构效关系

聚芴（polyfluorenes，PFs）是一类具有高荧光效率和良好热稳定性的经典蓝光共轭聚合物.本研究组近年来集中于聚芴类共轭聚合物溶液中单链构象-聚集态结构-薄膜凝聚态结构-器件性能间的定量构效关系研究，利用静/动联用激光光散射等表征手段，结合标度率研究方法，对PFs成膜前体溶液复杂的单链和聚集的形态结构进行了系统的研究.结合光谱与电镜等方法，揭示出PFs在溶液中孤立单链、凝聚态结构、β构象及其过渡态结构形成的动力学过程、机理及规律，构建出成膜前体溶液单链构象-薄膜中链构象-器件性能之间的定量构效关系.旨在从高分子本征性质入手，提高其光电效率.本研究不仅对聚芴类高分子，而且对整个共轭聚合物类材料的设计与加工都将具有重要的指导意义.     

共轭高分子链构象和溶液聚集结构研究进展

共轭高分子具有优异的光电性质和可加工性,被广泛用于有机光电器件的制备。共轭单元的存在使得此类高分子具有更刚性的主链结构。由于较强的分子间相互作用,共轭高分子容易在溶液中形成组装结构。共轭高分子的链构象、组装体结构、薄膜形貌和光电性能之间的联系研究成为了本领域的研究热点。然而,共轭高分子在可见光区存在较强的吸收效应,用传统的光散射技术对共轭高分子溶液的研究充满挑战。本文总结了近年来对于共轭高分子链刚性的研究,并从分子尺度上讨论了链结构与光学、电学性能间可能存在的关联;进一步阐述了共轭高分子溶液聚集的形成和演化,总结了溶液聚集与成膜过程中影响场效应迁移率的因素。试图在不同尺度上讨论共轭高分子的微观结构与宏观性能之间的关系。     

全共轭聚噻吩类和聚硒吩类嵌段共聚物的凝聚态结构调控

嵌段共聚物可发生微相分离形成丰富的介观尺度上的相结构,而共轭聚合物是一类具有特殊的力学、导电性能或光电功能的半刚性链高分子.全共轭嵌段共聚物因其兼具两者的特性而备受瞩目.本文着重介绍了近年来课题组在基于全共轭聚(3-烷基噻吩)和聚(3-烷基硒吩)嵌段共聚物体系的研究进展,通过改变体系的分子结构包括主侧链结构、侧链的烷基长度及取代基团等以及对体系在溶液状态及薄膜状态进行后处理包括改变溶剂、热处理、溶剂蒸气处理等来调控体系的微相分离行为和结晶行为,实现对材料凝聚态结构的调控.在此基础上,以有机场效应晶体管和聚合物太阳能电池器件作为最终体现聚噻吩或聚硒吩类体系凝聚态结构与性能关系的平台,将获得的调控体系凝聚态结构的有效策略用于实现其半导体材料物理性能的提升.     

超支化高分子结构和聚集态研究的新进展

超支化高分子上具有大量的活性末端基,对这些末端基的修饰和功能化会使其聚集态结构发生变化.文中针对超支化高分子所具有的独特结构和性能特点,概述了超支化高分子的构象结构和聚集态结构的研究现状,系统讨论了超支化高分子的支化度、分子量分布、空间尺度、玻璃化转变温度和特性粘度等分子结构参数,并在此基础上介绍了超支化高分子的物理化学性质和分析表征方法,同时综述了国内外学者在该领域的贡献,展望了该领域的研究进程和发展前景.     

端基结构对超支化聚合物静电吸附自组装行为的影响

研究了3种具有相同骨架结构、不同端基的超支化聚合物与线型聚阳离子(PDAC)的静电吸附自组装.结果表明,超支化聚合物的组装过程与线型弱酸聚合物相似,都受溶液pH值与无机盐浓度的影响,但影响程度随端基结构不同而变化.此外,对以超支化聚合物为最外层的不同自组装膜的表面形貌及接触角进行了表征,其表面形貌及亲水性随端基结构的不同而不同.     

高分子凝聚态结构与化学

高分子凝聚态的研究是高分子科学中的重要内容,在高分子凝聚态的形成机制及对宏观物理性能的影响方面已形成了较为系统的理论和应用实践基础,但在高分子凝聚态的化学性质方面虽有较多的研究工作,却鲜有系统性的归纳总结。凝聚态化学概念的提出,有助于科研人员更深入、系统地研究高分子聚集态结构与其化学性质之间的关系及相关规律。本文以高分子凝聚态为讨论对象,对高分子凝聚态化学性质的一些代表性研究工作进行了归纳和整理,内容包括:(1)高分子结构化学对高分子凝聚态的影响;(2)高分子凝聚态结构对进一步化学反应的影响;(3)高层级凝聚态的化学性质及其对化学反应的影响。希望通过对上述研究工作的实例分析和探讨,为科研人员从化学性质变化的角度去理解和开展高分子凝聚态的研究提供一些参考和启示。     

微乳液聚合和寡链高分子凝聚态研究进展

介绍了微乳液的结构，微乳液聚合，寡链高分子凝聚态和微胶乳粒子成膜过程的最新进展。     

吖啶橙染料在表面活性剂存在时溶液状态的光谱研究

应用紫外－可见吸收光谱和荧光光谱，研究了激光染料吖淀橙（ＡＯ）的溶液状态以及添加表面活性剂时吖啶橙染料的溶液状态变化，并应用Ｋａｓｈａ理论推算出二聚体时的状态，结果表明：在吖啶橙溶液中，ＡＯ二聚体的α＝４９°，ｒ＝１．３９ｎｍ。     

基于1,2,4-三氮唑衍生物的共轭聚合物的合成及其光伏性能

以缺电子的1,2,4-三氮唑衍生物作为拉电子结构单元(A), 以富电子的噻吩或苯并二噻吩衍生物作为推电子结构单元(D), 通过Stille偶联聚合的方法, 合成了三种主链型D-A(推-拉电子结构)的交替共聚物PT-TZ, PB-TZ和PB-TTZT. 不同富电子结构单元可使其聚合物表现出不同的光物理性能和光伏性能. 嵌入较多的噻吩单元, 可有效增大聚合物主链的共轭长度, 拓宽其吸收光谱, 因此, 聚合物PB-TTZT的光伏性能明显优于另外两种聚合物. 以三种聚合物分别作为给体材料, 以PC₆₁BM作为受体材料, 制备了聚合物太阳能电池(PSCs), 其中, 基于PB-TTZT的PSCs器件在AM 1.5 G模拟太阳光条件下的光电转换效率为1.18%.     

DMP与DEP在凝聚相中裂解反应理论研究: 隧道效应与溶剂效应

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法, 以极化连续模型(PCM)和导体反应场模型(COSMORS)的溶剂模型为基础, 结合反应动力学研究了2,2-二甲氧基丙烷(DMP)与2,2-二乙氧基丙烷(DEP)在凝聚相(溶液相)中的裂解反应. 结果表明, 四元环过渡态裂解反应机理是DMP与DEP裂解反应的主反应通道, 溶剂效应和隧道效应对液相中的裂解反应速率有较大的影响, 而且溶剂效应的影响更显著. 在凝聚相反应理论研究中, 溶剂效应和量子隧道效应都是不能忽略的因素.     

Effect of a Pendant Acceptor on Thermally Activated Delayed Fluorescence Properties of Conjugated Polymers with Backbone‐Donor/Pendant‐Acceptor Architecture

Three sets of conjugated polymers with backbone‐donor/pendant‐acceptor architectures, named PCzA3PyB, PCzAB2Py, and PCzAB3Py, are designed and synthesized. The three isomeric benzoylpyridine‐based pendant acceptor groups are 6‐benzoylpyridin‐3‐yl (3PyB), 4‐((pyridin‐2‐yl)carbonyl)phenyl (B2Py) and 4‐((pyridin‐3‐yl)carbonyl)phenyl (B3Py), whereas the identical backbone consists of 3,6‐carbazolyl and 2,7‐acridinyl rings. One acridine ring and each acceptor group constitute a definite thermally activated delayed fluorescence (TADF) unit, incorporated into the main chain of the polymers through the 2,7‐position of the acridine ring with the varied content. All of the polymers display legible TADF features with a short microsecond‐scale delayed lifetime (0.56–1.62 μs) and a small singlet/triplet energy gap (0.10–0.19 eV). Progressively redshifted emissions are observed in the order PCzAB3Py, PCzA3PyB, and PCzAB2Py owing to the different substitution patterns of the pyridyl group. Photoluminescence quantum yields can be improved by regulating the molar content of the TADF unit in the range 0.5–50 %. The non‐doped organic light‐emitting devices (OLEDs) fabricated by solution‐processing technology emit yellow‐green to orange light. The polymers with 5 mol % of the TADF unit exhibit excellent comprehensive electroluminescence performance, in which PCzAB2Py5 achieves a maximum external quantum efficiency (EQE) of 11.9 %, low turn‐on voltage of 3.0 V, yellow emission with a wavelength of 573 nm and slow roll‐off with EQE of 11.6 % at a luminance of 1000 cd m^?2 and driving voltage of 5.5 V.     

新光敏剂亚甲蓝的溶液状态研究

本文应用光谱法研究了亚甲蓝作为一种新的光化学治疗增敏剂在水溶液中的聚集状态。应用Ｋａｓｈａ理论探讨了光敏剂聚集状态与光谱特征间的关系，求出光敏剂亚甲蓝在水溶液中的二聚体间面间距离为ｒ＝１４．０９，面间夹角为θ＝８３°。探讨了表面活性剂、β－环糊精添加物质对亚甲蓝溶液状态的影响。并初步研究了其对亚甲蓝光化学性质的影响，结果认为：β－环糊精对亚甲蓝具有光稳定性作用，试探讨了光化学特性与光敏剂在光化学治疗有效性间的关系。     

Effect of Fluorination on the Photovoltaic Properties of Medium Bandgap Polymers for Polymer Solar Cells

Fluorination of conjugated polymers is one of the effective strategies to tune the molecular energy levels and morphology for high efficient polymer solar cells (PSCs). Herein, two novel donor‐acceptor conjugated polymers, PffBT and PBT, based on bis(3,5‐bis(hexyloxy)phenyl)benzo[1,2‐ b:4,5‐b']dithiophene and benzo[c][1,2,5]thiadiazole (BT) with or without fluorination, respectively, were synthesized, and their photovoltaic properties were compared. The polymer PffBT based on fluorinated BT showed lower frontier energy levels, improved polymer ordering, and a well‐developed fibril structure in the blend with PC₇₁BM. As a result, the PSCs based on PffBT/PC₇₁BM exhibit a superior power conversion efficiency (PCE) of 8.6% versus 4.4% for PBT‐based devices, due to a high space charge limit current (SCLC) hole mobility, mixed orientation of polymer crystals in the active layer, and low bimolecular recombination.     

Crystal Structure and Solution Behavior of a Novel Enantiopure Helical Coordination Polymer Based on Binaphthyl-bisbipyridine Ligand

An enantiopure helical coordination polymer AgPF6·(R)-3 as crystalline solid was synthesized by the self-assembly of chiral binaphthyl-based ligand(R)-6,6'-di[6-(2,2'-bipyridyl)]-2,2'-diethoxyl-1,1'-binaphthalene [(R)-3] and Ag+ ion.The single crystal structural analysis indicates that this polymer exhibits an infinite cylindric single-stranded M-helical structure with local Λ configuration at each tetrahedral metal center.However,the extended structure is dissociated into some oligomeric fragments in solution.The 1H NMR spectra of complex AgPF6·(R)-3 show that the ligand possesses a good C2 symmetry,and the chemical shifts of the protons depend on the concentration and temperature.In addition,there are rapid dynamic exchanges among some oligonuclear fragments in the solution of AgPF6·(R)-3.     

甲壳型液晶高分子的化学结构及其与性能间关系的研究

设计并合成了7种新型甲壳型液晶高分子,研究了液晶基元的化学结构和立体效应对单体及其聚合物液晶性的影响.发现在液晶基元的末端引入极性或可极化的原子基团提高了单体的熔点和液晶相的热稳定性;液晶基元的长径比越大,单体的熔点和清亮点越高;聚合使单体的液晶稳定性增加、液晶相温度范围变宽;侧链液晶基元的极性、刚性和空阻越大,聚合物的玻璃化温度越高;酰胺基团无论是在分子的末端还是在连接部位,都使单体的熔点和聚合物的玻璃化温度提高,但在分子末端时液晶相较稳定,作为中心桥键时不利于液晶相的稳定形成.     

Li2SO4水溶液结构X射线衍射测量条件的优化和数据校正

采用Ｄ／ＭＡＸ－３Ｂθ／２θ型Ｘ射线粉末衍射仪反射法,探索溶液结构研究的新方法。以Ｌｉ２ＳＯ４溶液的衍射实验为例,从狭缝和波长选择、步长及固定时间确定、峰背分离、溶液吸收校正、极化校正和荧光辐射校正等几个方面,重点讨论了Ｘ射线粉末法精确测量液体结构实验数据采集对策,给出了数据校正结果,即Ｌｉ２ＳＯ４溶液的衍射强度。     

苯硫酚等离子体聚会及其结构与性能

应用外部电容耦合式等离子体聚合装置．研究了苯硫酚等离子体聚合规律，找到了最佳聚合条件，通过热失重、红外光谱、X－射线衍射、电子衍射、GC－MS和接触角测定等研究了聚合物结构与性能。电导率测定表明等离子体聚苯硫酚具有半导体性质。     

碳化硅耐火材料浸渍AlPO_4溶液对材料晶相结构与性能影响

浸渍AlPO4饱和溶液有利于SiC耐火材料晶相结构的转化,有利于材料性能的优化。AlPO4是SiC的低温稳定-型向高温稳定-型转化的适宜矿化剂,浸渍2次可将-型全部转化成-型。材料性能随浸渍次数的增加而优化,浸渍4次的抗折强度、热震抗折强度保持率和体积密度为最高,而吸水率和显气孔率较低。     

超临界二氧化碳处理对聚酯纤维结构及其性能的影响

用DSC、扫描电镜、X射线衍射、萨那蒙法对超临界二氧化碳处理聚酯纤维的熔点、表面形态结构、聚集态结构进行测定,并对处理后织物的收缩性能进行了分析探讨。实验结果表明：随着超临界二氧化碳处理温度、压力的提高,聚酯纤维的熔点、熔融热略有增加,纤维表面的低聚物增多,纤维的结晶度增加,取向度略有下降,同时聚酯织物的收缩率增加。预定型处理有助于提高聚酯纤维的热稳定性,降低二氧化碳处理对聚酯织物收缩率的影响。     

聚N-烷基丙烯酰胺结构与性能及外界环境对溶液性能影响

聚N-烷基丙烯酰胺具有温度敏感的特殊性能、其良好的应用潜力成为高分子领域的研究热点。决定该类聚合物温度敏感性的关键因素是聚合物本身的结构,而且与聚合物所处的外界环境也有紧密关系。利用该类聚合物的温敏特性来适应油气田开发中的高温高盐地层具有重要的研究价值。本文综述了聚N-烷基丙烯酰胺结构对聚合物性能的影响,如亲疏水单体比例、温敏单体共聚方式、改性单体种类等;总结了聚N-烷基丙烯酰胺聚合物水溶液性能的影响因素,如不同种类表面活性剂、溶剂、离子强度、剪切速率等。