福建物构所林悦、川大冯良文、国防科大陈晨ACS Mater. Lett.: 分子掺杂驱动的域电荷传输调制提高极性聚噻吩的热电性能

主要观点总结

本文研究了共轭聚合物p(g 3 2T-T)在离子交换掺杂技术下的电荷传输性能。通过适度掺杂，实现了域内和域间电荷传输的协同改善，取得了63 μW m -1 K -2 的功率因子。研究还涉及了掺杂对结构、光谱学特征和电荷传输机制的影响，并引入新型定量方法探测域间电荷传输效率。研究指出协同促进域内和域间电荷传输对提升聚合物热电性能至关重要，并为理解共轭聚合物中的电荷传输机制提供新视角。

关键观点总结

关键观点1: 离子交换掺杂技术实现了共轭聚合物p(g 3 2T-T)的域内和域间电荷传输的协同改善。

通过掺杂获得了63 μW m -1 K -2 的功率因子，标志着在极性聚噻吩领域的重大进步。

关键观点2: 研究发现适度掺杂能改善p(g 3 2T-T)薄膜晶域内的结构有序性，但超过最佳掺杂阈值会导致固态分子取向改变，降低晶域内电荷迁移率。

通过GIWAXS表征和不同掺杂浓度的结构分析，揭示了掺杂对薄膜结构的影响。

关键观点3: 研究通过加权迁移率导出的活化能Wγ来探测域间电荷传输效率。发现增加掺杂水平降低了域间能量势垒，划定了热电性能的最佳掺杂阈值。

通过电荷运输特性的比较分析和活化能E a与传输能垒Wγ的比较，重新评估了它们的意义。

关键观点4: 研究指出协同促进域内和域间电荷传输对提升聚合物热电性能至关重要，并为理解共轭聚合物中的电荷传输机制提供新视角。

该研究成果发表在ACS Mater. Lett.上。

文章预览

共轭聚合物（CPs）由于其在热电和生物传感器等领域的巨大潜力，一直是材料科学研究的前沿领域。然而，CPs的低电荷迁移率及其复杂的微观结构与电荷传输之间的关系，长期以来一直阻碍着其热电性能的提升。 近期， 中国科学院福建物构所 林悦 （第一作者为硕士研究生鲁凯晴）、四川大学 冯良文 、国防科技大学 陈晨 组成的联合团队 针对p(g 3 2T-T)这一模型系统，采用离子交换掺杂技术，成功实现了域内和域间电荷传输的协同改善，获得了63 μW m -1  K -2 的功率因子，标志着极性聚噻吩领域的重大进步 。 图1.掺杂机理及其对p(g 3 2T-T)中结构-性能关系的影响。(a) 聚合物结构及其掺杂方法；(b) 离子交换掺杂机制；(c) 不同掺杂水平下薄膜的电性能；(d) 掺杂极性聚噻吩的功率因子。 作者进一步通过GIWAXS表征发现，适度掺杂能改善p(g 3 2T-T)薄膜晶域内 ………………………………