Forming Long-Range Order of Semiconducting Polymers through Liquid-Phase Directional Molecular Assemblies

堆积 分子间力 化学物理 聚合物 材料科学 分子动力学 单层 相(物质) 微晶 纳米技术 化学 分子 计算化学 复合材料 有机化学 冶金
作者
Minh Nhat Pham,Chun‐Jen Su,Yu‐Ching Huang,Kun‐Ta Lin,Tingyu Huang,Yu‐Ying Lai,Chen-An Wang,Yong-Kang Liaw,Ting‐Han Lin,Keng-Cheng Wan,Cheng-Tai He,Yu‐Han Huang,Yongping Yang,Hsuan-Yen Wei,U‐Ser Jeng,Jrjeng Ruan,Chan Luo,Ye Huang,Guillermo C. Bazan,Ben B. Y. Hsu
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:57 (8): 3544-3556 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.3c02188
摘要

Intermolecular interactions are crucial in determining the morphology of solution-processed semiconducting polymer thin films. However, these random interactions often lead to disordered or short-range ordered structures. Achieving long-range order in these films has been a challenge due to limited control over microscopic interactions in current techniques. Here, we present a molecular-level methodology that leverages spatial matching of intermolecular dynamics among solutes, solvents, and substrates to induce a directional molecular assembly in weakly bonded polymers. Within the optimized dynamic scale of 2.5 Å between polymer side chains and self-assembled monolayers (SAMs) on nanogrooved substrates, our approach transforms random aggregates into unidirectional fibers with a remarkable increase in the anisotropic stacking ratio from 1 to 11. The Flory–Huggins-based molecular stacking model accurately predicts the transitioning order on various SAMs, validated by morphological and spectroscopic observations. The enhanced structural ordering spans over 3 orders of magnitude in length, rising from the smallest 7.3 nm random crystallites to >14 μm unidirectional fibers on submillimeter areas. Overall, this study provides insights into the control of complex intermolecular interactions and offers enhanced molecular-level controllability in solution-based processes.

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