透過非共軛聚合物調節 P(NDI2OD-T2)形貌及電荷傳遞性質

Abstract

本研究合成出共軛高分子P(NDI2OD-T2)並分別以不同比例與三種非共軛高分子進行混摻，分別為 poly(ethylene oxide) (PEO)、atactic polypropylene (aPP)和isotactic polypropylene (iPP)，並對共軛高分子的薄膜形貌及電子遷移率進行分析與討論。研究發現在 lamellar stacking（h00）、π-stacking（0k0）和 polymer backbone（00l）三個方向上的相干長度（coherence length）可以通過共軛高分子和非共軛高分子不同的混摻比例進行調節。在不同的混摻比例下，共軛高分子聚集的程度會有所不同，造成 P(NDI2OD-T2)結晶區的相干長度有所變化。原子力顯微鏡指出 PEO40 及 aPP5 展現出明顯的纖維狀結構，代表 P(NDI2OD-T2)聚集的發生，儘管在低比例下 P(NDI2OD-T2)仍然能夠維持著相互的連結。另一方面也因為薄膜形貌上的不同導致有機場效電晶體所量測出的電子遷移率上的差異，其中PEO40（0.133 cm2 V-1 s-1）及aPP5（0.127 cm2 V-1 s-1）展現出和單一P(NDI2OD-T2)（0.106 cm2 V-1 s-1）相當的電子遷移率，表明共軛高分子混摻非共軛高分子能夠有效的降低共軛高分子在元件中的使用比例並且維持和單一共軛高分子相同的載子遷移率，由此藉由迴歸相關性的分析建立了 P(NDI2OD-T2)聚集程度與電子遷移率之間的關係，發現在π-stacking 方向的聚集程度對於電子遷移率有較大的影響，為未來共軛高分子混摻非共軛高分子的系統提出了一個設計方向。

P(NDI2OD-T2) was synthesized and blended respectively with non-conjugated polymers including poly(ethylene oxide) (PEO), atactic polypropylene (aPP), and isotactic polypropylene (iPP). It was found that the coherence lengths of the lamellar stacking, π-stacking, and polymer backbone can be regulated by the blending proportion of PEO, aPP, or iPP, resulting in the disparity in the thin-film morphology and the electron mobility. Organic field-effect transistor revealed that PEO40 (0.133 cm2 V-1 s-1) and aPP5 (0.127 cm2 V-1 s-1) exhibited electron mobility analogous to P(NDI2OD-T2) (0.106 cm2 V-1 s-1), stressing that the electron mobility of P(NDI2OD-T2) could be preserved in the presence of specific amount of PEO or aPP. Relationship between the coherence lengths of P(NDI2OD-T2) and the electron mobility is established, elucidating the effect of π-stacking and polymer-backbone aggregates in the charge transportation. The P(NDI2OD-T2) aggregation in the π-stacking seems to have a greater influence on the electron mobility.