共轭高分子的限域可控输运及图案化纳米薄膜制备

基本信息
批准号:21574005
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:刘欢
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:汪前彬,孟庆安,赵晨,吕梅玲,王媛
关键词:
非对称纤维可控输运图案化薄膜共轭高分子浸润性
结项摘要

For photoelectric device, nano-thin film of the conjugated polymer is the most important component which can directly affect the device performance. So far, various approaches have been developed to fabricate the polymer nano-thin film, which, however, suffering from the limitations in fine-tuning the microstructures of the film, large scale fabrication and low cost. Here, based on our previous researches on the wettability of asymmetric fibers, we will carry our detail research on wetting of conjugated polymer solution on multi-scaled asymmetric fibers, aiming to realize the fiber-induced controllable transfer of the polymer solution. As a result, large-scale micro-patterned nano-thin film can be fabricated in a well-controlled manner. The relationship between its micro-scaled structures (dimension, uniformity, and molecular order) and the photoelectric performances will be carefully studied. The conjugated polymer will be carefully selected and designed based on the wettability matching within the solvent, the fibers and the substrate. By varying the microstructures, surface free energy and 3D arrangement of the fibers, the controllable transfer of polymer solution will be realized. By varying the shearing force between solution filled fibers and substrates, the anchoring and spreading of the polymer solution in the micro-meter scale will be fine tuned, consequently, the orientation, packing way and crystallization of polymer will be well controlled. As a result, micro-patterned nano-thin films can be fabrication in a well-controlled manner and in a large area. Our research will shed new light on the large-scale, low cost fabrication of high-efficient photoelectric device.

共轭高分子纳米薄膜是构成有机光电器件的重要组成部分,然而目前的制备方法对薄膜的微观形态、均匀性和分子有序性难以实现精确调控,直接影响了器件性能的提高。本项目拟在前期仿生纤维浸润性研究的基础上,系统研究共轭高分子在多尺度非对称纤维上的浸润行为,实现纤维诱导的高分子可控限域输运和图案化纳米薄膜的大面积制备,并进一步研究图案化对薄膜光电性质的调控。根据溶剂/纤维/基底的浸润性匹配原则,选择并设计共轭高分子;通过调控纤维的微结构参数、表面化学梯度、三维阵列实现对共轭高分子的可控输运;基于此,通过纤维调控高分子溶液在基底的剪切行为,实现高分子溶液在基底的微区锚定和限域铺展,有效调控微区限域内的高分子的取向,堆积和结晶行为,制备得到大面积(3英寸)图案化纳米薄膜。本项目将为大面积、低成本制备高效光电转化器件提供新的思路。

项目摘要

共轭高分子纳米薄膜是构成有机光电器件的重要组成部分,目前的制备方法以溶液法为主,包括旋膜法,溶液剪切法等,这些方法很难同时兼顾薄膜大面积均匀性和微观分子有序性,直接影响了器件性能。本项目在前期仿生纤维浸润性研究的基础上,系统研究了共轭高分子在纤维及其阵列上的动态浸润行为,实现了纤维诱导的高分子溶液的可控限域输运,制备得到有序的图案化纳米薄膜,基于此构筑了系列高性能的有机薄膜器件。系统研究了纤维及其阵列的动态浸润行为及物理化学机制研究,提出了外压下可以稳定高效操控液体的锥状聚合物纤维体系,揭示了纤维弹性是操控液体的重要参数。针对高分子溶液的可控输运,原位检测了纤维诱导下的成膜过程中三相接触线的锚定、铺展和收缩的行为,利用纤维实现了对三相线的精确调控。基于此,制备得到大面积均匀且高度取向的DPPDTT以及DPPBT的聚合物纳米薄膜,并构筑了高效的有机薄膜场效应晶体管器件。同时,利用纤维诱导还可以实现对银纳米线的大面积取向,基于此构筑得到各向异性导电的透明柔性电极。此外,该方法在零维纳米粒子的可控输运方面也展示出优势,利用纤维诱导,可制备得到超光滑的图案化量子点薄膜,可用于构筑高性能的QLED器件。本项目将为大面积、低成本制备高效光电转化器件提供新的思路。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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