【摘要】 本文通过掠入射X射线衍射（GIXRD）技术研究聚3-烷基噻吩（PATs）的摩擦取向与热退火效应，揭示其三维有序结构对场效应晶体管（FET）迁移率及光学性能的影响机制，为有机电子器件优化提供理论支撑。

一、聚合物定向排列的器件性能优势

在有机电子器件领域，聚3-烷基噻吩（PATs）因其独特的导电性和可加工性成为研究热点。Sirringhaus等人[1]发现，通过定向排列的聚芴-二噻吩薄膜制备的场效应晶体管（FET），其电荷迁移率显著高于无序结构。类似地，Dyreklev团队通过拉伸聚(3-辛基噻吩)薄膜，验证了聚合物链取向与FET迁移率各向异性的线性关系（mk/m'≈拉伸比）。这些发现表明，定向排列技术对提升有机发光二极管（OLED）和FET性能具有关键作用。

 

二、摩擦与热处理对PATs结构的影响

1. 摩擦取向机制

聚[3-(己基甲氧基)噻吩]（P6OMe）和聚(3-癸基噻吩)等PATs可通过低成本摩擦技术实现高取向。实验显示，摩擦后的薄膜二向色比（偏振吸光度比值）可达8-13，证实主链沿特定方向排列（图1）。

图1 GIABS （a）和GISPS （b）几何中的掠入射x射线衍射。P6OMe结构也有报道。

 

2. 热退火稳定化

掠入射X射线衍射（GIXRD）分析表明[2]，未经退火的薄膜存在双相结构（图2顶部），而经120℃退火后仅保留热力学稳定的I相（图2底部）。该相呈现三维有序，主链间距（d≈19Å）与侧链长度直接相关（图3）。

图2 P6OMe粉末样品在25 8C时的XRD图谱:在120 8C退火后（下）只存在I相，上面有原始的I相和II相

 

图3 P6OMe第一期填料布置模型，从顶部看。在未摩擦的样品中，这是唯一存在的相，侧链位于膜平面上（平行于表面）

 

三、表面与体相结构的协同作用

Bolognesi团队[2]通过GIXRD对比发现，摩擦处理仅改变聚合物表面结构，而体相结构保持稳定。摩擦方向上的畴尺寸增大，垂直方向有序度降低，导致光学二向色性。值得注意的是，95℃低温退火对表面有序性无显著影响，表明摩擦诱导的取向需结合高温处理才能完全稳定。

 

四、技术应用与未来展望

PATs的定向排列技术已成功应用于自旋涂覆薄膜的界面稳定化，其性能接近块状粉末材料的I相结构。未来研究需进一步阐明摩擦诱导取向的分子机制，并探索不同侧链长度对器件性能的调控规律。

 

参考文献：

1.&nbspSirringhaus, H.；  Kawase, T.；  Friend, R. H.；  Shimoda, T.；  Inbasekaran, M.；  Wu, W.； Woo, E. P., High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits. Science 2000, 290 （5499）, 2123-6.

2.&nbspBolognesi, A.；  Botta, C.；  Mercogliano, C.；  Porzio, W.；  Jukes, P. C.；  Geoghegan, M.；  Grell, M.；  Durell, M.；  Trolley, D.；  Das, A.； Macdonald, J. E., Structural features in aligned poly（3-alkylthiophene） films revealed by grazing incidence X-ray diffraction. Polymer 2004, 45 （12）, 4133-4138.

 

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