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立构规整聚(3-烷基噻吩)是共轭聚合物中的研究热点之一。这一类聚合物是具有高功能的聚合物光电材料,被广泛用于有机光电器件的制备与集成。立构规整聚(3-烷基噻吩)具有结构多变性,良好的加工性与极佳的环境稳定性。但是,目前对其晶体结构,链取向与生长机理还存在争议;同时,立构规整聚(3-烷基噻吩)也是一类典型的带有烷基侧链、主链全刚性的梳状刚性链高分子,目前对刚性链高分子的结晶形态及结晶机理人们还知之不多。因此开展立构规整聚(3-烷基噻吩)结晶形态与结构的研究,不但有重要的实际意义,而且对提高人们对刚性链高分子结晶的认识也具有重要的理论意义。
利用一种新的结晶方法,即溶剂辅助结晶,得到了梳状刚性链高分子RR-P3BT的一种大尺寸的新晶体。这种晶体的长度最大可达4毫米,宽度可达几十微米。并通过XRD和ED得到了这种新晶体的晶型为正交晶系,晶胞参数为a=14.2A,b=26.26A,c=15.6A。同时,还得到了RR-P3BT的分子链在这种新晶体中的堆砌方式。在新晶体中,宽度方向是噻吩环的堆积方向;长度方向是烷基侧链的伸展方向;在晶体的厚度方向上,分子链直立在基板平面上。首次直接证明了刚性链高分子:RR—P3BT的晶体生长方式是层状生长;并且在溶剂辅助结晶过程中,从RR-P3BT中的低分子量级分到高分子量级分都参与了结晶。采用溶液等温结晶的方法,得到了RR-P3BT的多种晶体。包括长纤维状的Whisker晶体,平行四边形片晶,小长方形片晶和棒状单晶。得出这些晶体的晶型都是正交晶系,晶胞参数为a=14.2A,b=26.26A,c=15.6A。在Whisker晶体中,丁基侧链方向与基板平面相平行。在平行四边形片晶中,分子链以77.2°的角度斜着立在基板平面上生长。平行四边形片晶的生长方式是按螺旋位错生长机理的层状生长,在生成平行四边形片晶的过程中,从低分子量级分到高分子量级分都参与了结晶。在小长方形片晶中,分子链以65.5°角立在基板平面上生长。而在棒状单晶中,分子链以81.4°角立着生长在基板平面上。
RR-P3BT经过溶剂诱导,得到了针状单晶。针状单晶的晶型也是正交晶系,晶胞参数是a=14.2A,b=26.26A,c=15.6A。在针状单晶中,分子链以90°角直立生长在基板平面上。
通过溶液等温结晶,得到了RR-P3HT的多种晶体。包括Whisker晶体,长方形片晶,平行四边形片晶和六边形片晶。Whisker晶体中,己基侧链方向与基板平面相垂直的。RR-P3HT的长方形片晶和平行四边形片晶的晶型都是正交晶系,晶胞参数是a=15.2A,b=33.6A,c=15.6A。在RR-P3HT的平行四边形片晶中,分子链以52.5°角直立生长在基板平面上。RR-P3HT的平行四边形片晶和六边形片晶的生长也可能与RR-P3BT类似,是按照螺旋位错生长机理的层状生长。