强磁场下半导体聚合物/碳基纳米复合材料结构和光电性能的调控

One of important applications of high magnetic field (HMF) is the HMF-induced growth and processings of the materials. The polymer-carbon based nanocomposites from pi-conjugated polymers and carbon nanostructures are currently working as key device components in many types of organic devices (e.g. solar cells). In this project, the HMF-induced growth and alignment of the polymer/carbon nanocomposites will be carried out in order to achieve the magnetic manipulation of the microstructures (even macroscopic texture) of these materials. Furthermore, synchrotron radiation X-ray techniques will be utilized to make a comprehensive characterization on microstructure and nanomorphology of the polymer/carbon nanocomposite films from HMF- induced growth. The combination of HMF- and synchrotron based approaches is targeted to get a deep insight on the interaction between HMF and conjugated polymers (and carbon nanostructures) as well as the dynamic mechanism on consequent structural transitions. Consequently the studies will be made for the effects of the HMF-induced microstructural control on photovoltaic performance, carrier transport and electroluminescence in the (opto)electronic devices (such as OPVs and OFETs) based on the polymer/carbon nanocomopite materials, in order to exploit their novel behavior and device functionlity. The investigations expected in this project will be of much significance in deeper understanding of structure-properties relation and the performance improvement of organic (opto)electronic materials via HMF, as well as in the development of novel organic functional devices.

强磁场下的材料制备是强磁场应用的一个重要领域。Pi共轭聚合物与低维碳纳米结构构成的聚合物-碳基复合材料是许多重要的有机光电器件（如太阳光伏电池(OPV)）的关键组成部分。本项目拟选择不同组合类型和组分比的聚合物-碳基复合材料进行强磁场诱导取向和生长，以实现利用强磁场对其结构和生长过程的调控；并结合综合的同步辐射X射线技术，深入研究其薄膜材料的微结构特别是纳米尺度的形貌，探索强磁场与共轭聚合物分子（以及碳纳米结构）的相互作用以及由此引起碳基复合材料结构变化的动力学机制。在此基础上，通过制备不同类型的光电功能器件(如OPV和OFET等)，研究强磁场诱导的结构调控对聚合物-碳基复合材料光伏性能、电输运和发光特性的影响，并探索其中的新现象新规律。本项目的研究将在深入认识有机功能材料结构-光电过程间的关系，探索利用强磁诱导来提高其光电性能，发展新型功能器件方面具有重要意义.

强磁场下的材料制备是强磁场应用的一个重要领域。Pi共轭聚合物与低维碳纳米结构构成的聚合物-碳基复合材料是许多重要的有机光电器件（如太阳电池(OPV)）的关键组成部分。在本项目研究中，我们发展了几种适合于此类材料的强磁场下有机薄膜制备方法，选择了若干具有重要应用价值的D-A型半导体共聚物与不同类型的碳基纳米结构进行组合构筑复合材料，开展强磁场诱导的取向和生长，成功地实现了对其分子取向和薄膜结构的调控。通过控制制备条件和采用同步辐射X射线技术等微结构表征技术，着重研究了共轭聚合物分子结构、聚合物-碳基纳米结构间相互作用与薄膜磁致取向程度、结构有序度和纳米尺度的相畴形貌之间的联系，对磁场与共轭聚合物分子（以及碳纳米结构）的相互作用以及强磁诱导共轭碳基复合材料薄膜生长和结构调控的动力学机制有了更深入的认识，并建立了初步的模型。在此基础上通过制备OFET和OPV等功能器件，发现强磁场诱导取向和生长可显著提高共轭聚合物-碳基复合材料的载流子传输性能。本项目的研究结果对利用强磁场诱导来研究碳基复合材料薄膜结构与光电特性的内在关系、提高其光电器件性能方面具有的重要意义。已发表SCI论文4篇，培养博士和硕士研究生共5名。