自组装制备聚对苯微纳米结构及其性能研究

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共轭聚合物由于其独特的光电性质以及在光电器件上的应用而受到广泛的关注。棒状结构的共轭聚合物由于溶解性不好,而通过引入柔性侧链到刚性共轭主链上的方法,来增加在常见有机溶剂中的溶解性。具有这种结构的聚合物也被称为刷-棒聚合物。线形聚对二烷氧基苯是一种典型的刷-棒聚合物,由芳香的主链和柔性的烷氧基侧链组成。本文以聚对二辛氧基苯为研究对象,探讨其在不同溶剂诱导下刷-棒聚合物所进行的自组装行为。通过对棒型聚合物在不同溶剂中的光学性质的观测,推断在溶液中的聚合物构象改变,进而推断出聚合物在溶液中的凝聚过程,并制备了多种聚合物微纳米结构。通过改变溶剂氛围、溶剂以及聚合物浓度等因素,对组装所得到的微纳米结构的光学性能以及组装机理进行研究,可控地制备出具有不同形貌的共轭聚合物微纳米材料。研究发现溶剂性质如极性、芳香性、溶剂的溶解度参数和化学结构等,将对聚对苯的伸展、扭曲和团缩等造成影响。通过增加极性不良溶剂如醇类时,聚合物将受其作用而进一步聚集堆积形成胶体粒子,进而形成沉淀。而非极性不良溶剂如正己烷则与柔性的烷烃侧链相互作用形成,在溶液中形成溶胶。因此,通过改变混合溶剂的种类和比例,可调控共轭聚合物的超分子结构。进而利用不良溶剂蒸汽作为氛围,利用自组装法制备多种形貌的聚对苯材料,在正己烷/良溶剂体系中,可得到不规则微纳米尺寸的海绵状结构。当不良溶剂蒸汽氛围改成极性的甲醇时,则将引导刷-棒聚合物分子形成纳米线,然后进一步聚集成花状或线团状结构。因此,可通过选择不同的良溶剂对纳米花瓣的形状进行调整。最后,探讨在良溶剂蒸汽氛围下聚对苯的自组装行为,在稀浓度的条件下,可以制备出规则的纳米丝。随着浓度的增加,自组装薄膜的形貌随之改变;因此,自组装薄膜的形貌很大程度上决定于溶液状态和薄膜的形成过程,从而影响其光电性能。侧链和分子间的π-π相互作用是其聚集的主要驱动力,而溶剂的极性和蒸汽压则是影响聚对苯形貌的重要因素。通过本研究的讨论,可进一步发展共轭聚合物在光电器件等方面的应用。
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