共轭聚合物具有较高的柔韧性和可溶液加工性，在可拉伸变形器件，如电子皮肤、生物传感器以及可变形的场效应晶体管、太阳能电池等方面有广阔的应用前景，因此，协同提升共轭聚合物的电学及力学性能具有重要意义。共轭聚合物薄膜的聚集态结构决定其性能，而基底是影响其聚集态结构的重要因素。

基于上述背景，北京师范大学化学学院霍红副教授课题组将添加成核剂双[2.2.1]庚烷-2，3-二羧酸二钠盐(HPN-68L)的聚3-己基噻吩(P3HT)溶液(溶剂为甲苯:邻二氯苯混合溶剂，体积比8:2)施加超声处理后，分别旋涂在玻璃片、硅片和氧化铟锡(ITO)三种基底上，制备得到P3HT-T超薄膜(薄膜厚度均低于10 nm)，并对P3HT-T超薄膜的电学和力学性能进行了研究。

与不添加成核剂、不超声处理的P3HT-0超薄膜相比，无论使用何种基底，P3HT-T超薄膜的电导率和裂纹起始应变(COS)均优于P3HT-0超薄膜。P3HT-T超薄膜的性能与基底密切相关：在不同基底上P3HT-T超薄膜的电导率相近，但将基底从硅片改为ITO，COS大幅提升(图1)。在固定应变下经过200次循环拉伸后，ITO上的P3HT-T超薄膜对抗循环应变的稳定性最好(图2)。

图1 不同基底上P3HT-0和P3HT-T超薄膜的电导率和COS。

图2 不同基底上P3HT-T超薄膜循环拉伸(应变为90%)后σ_N/σ₀的变化(σ_N为经过N次循环拉伸后在回复条件下超薄膜的电导率，σ₀为未拉伸的初始电导率)。

对不同基底的P3HT-T超薄膜进行结构表征，发现硅片上的P3HT-T超薄膜的有序度和结晶度最高(图3和图4)，而ITO上的最低。在硅片和玻璃片上，P3HT-T超薄膜主要为edge-on片晶取向，而在ITO上为edge-on和face-on混合取向(图4)，混合取向片晶结构有利于载流子传输，Hall效应结果表明ITO上的P3HT超薄膜迁移率与玻璃片上的相似，因此，即使结晶度和有序度较低，ITO上的P3HT超薄膜的电导率仍然接近硅片和玻璃片上的，同时，低结晶度和有序度使其具有优异的拉伸性能。

图3 不同基底上P3HT-T超薄膜的紫外可见吸收光谱。

图4 (a)玻璃片、(b)硅片和(c)ITO上的P3HT-T超薄膜的二维GIXRD图。插图为相应的一维面外和面内GIXRD曲线(面内曲线强度乘以10)。

基底的表面能会显著影响共轭聚合物的结晶行为。如表1所示，玻璃片的表面能极性分量略高于硅片，而ITO的极性分量明显高于硅片和玻璃片，表明表面能的极性分量是决定P3HT超薄膜结晶的关键因素，表面能极性分量越小，越易生成有序度高的结晶结构。以上研究表明，选择合适的基底有助于制备具有优异拉伸性能的P3HT超薄膜，同时保持良好的电学性能。

表1  不同基底的表面能和接触角。

该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。单鸿涛博士研究生是该论文的第一作者，霍红副教授为通信联系人。

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原文信息：

Surface-induced Microstructure and Performance Changes in P3HT Ultrathin Films

Shan, H. T.; He, J. X.; Zhu, B. Y.; Cao, X. T.; Yan, Y. Y.; Zhou, J. J.; Huo, H.

Chinese J. Polym. Sci.  DOI: 10.1007/s10118-024-3117-5

原文链接：

https://www.cjps.org/en/article/doi/10.1007/s10118-024-3117-5/