以极性链替代非极性链对小分子与聚合物有机半导体结构动力学的影响
材料科学
2021-04-05 v2 软凝聚态物质
摘要
有机半导体的可加工性与光电性质可通过化学设计进行调控。近年来,以寡醚替代烷基侧链在生物电子传感器与光催化分解水等应用中已获成功。寡醚中的碳氧键可能使体系更柔软,并更易产生动力学无序,例如对电荷传输不利。我们利用中子谱学、X 射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)与偏光光学显微镜,研究以三乙二醇(TEG)替代正己基(Hex)对两种有机半导体——苯基-联噻吩-苯基(PTTP)分子与芴-共-二苯并噻吩(FS)聚合物——结构动力学的影响。反常的是,非弹性中子散射(INS)显示具有 Hex 侧链的 PTTP 与 FS 的模态发生软化,表明这些体系中的动力学无序增加。然而,温度依赖的 X 射线与中子衍射、INS 及 DSC 证据表明,具有 TEG 侧链的 PTTP 在接近室温(RT)处存在额外的可逆转变。该观察到的转变未伴随双折射变化,也可通过准弹性中子散射观测到。在 PTTP 而非 FS 中观察到 TEG 侧链动力学的加快。因此我们将该转变归因于 TEG 侧链的熔化,其在室温下促进动力学有序,但若结晶则可能在室温以上引入额外的可逆结构转变,导致热不稳定性。对侧链极性与结构动力学的深入理解有助于指导材料设计,并在众多新兴有机电子与生物电子应用所追求的电子电荷传输与水溶胀之间的微妙平衡中提供导航。
引用
@article{arxiv.2101.08876,
title = {Effect of substituting non-polar chains with polar chains on the structural dynamics of small organic molecule and polymer semiconductors},
author = {Anne A. Y. Guilbert and Zachary S. Parr and Theo Kreouzis and Duncan J. Woods and Reiner S. Sprick and Isaac Abrahams and Christian B. Nielsen and Mohamed Zbiri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.08876},
year = {2021}
}