共轭聚合物从分子到介观尺度的关联演化在本征可拉伸OPV中的应用

主要内容

共轭高分子薄膜兼具可调的光电性能与优异的力学柔性，是构筑本征可拉伸光电器件的理想功能材料。然而，如何同时实现力学稳固性与高性能器件输出，仍是该领域面临的关键难题，解决这一问题的核心在于从本质上理解分子与介观结构在力学应变下的演化规律。

针对上述挑战，上海交通大学刘烽、美国劳伦斯伯克利国家实验室先进光源中心ChengWang与华南理工大学钟文楷等人联合开展研究，综合运用近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）、时间分辨X射线散射（TReXS）及原位共振软X射线散射（RSoXS）等多尺度表征技术，系统探究了共轭高分子薄膜在单轴拉伸形变过程中的结构演变行为。

该团队发现，共轭高分子薄膜在应变下呈现出一种尚未见报道的两步式形貌响应机制：初始阶段以高分子链取向与微晶快速碎裂为主；在更高应变下则进一步发生链段取向，并伴随分子内扭转形变。这些有序的结构演变协同实现了高效的应力耗散，在调控薄膜力学特性的同时，直接影响其光吸收能力与光伏性能。

尽管本研究以高结晶性聚合物P(NDI2OD‑T2)为模型体系验证了上述机制，但该响应行为与分子结构及薄膜形貌密切相关。目前团队正对低结晶与近非晶态聚合物开展研究，以进一步拓展该机制的适用范围并验证其普适性。

本研究建立了共轭高分子体系在大形变下维持器件功能的机理性框架，为理性设计兼具力学稳定性与高光电器件性能的材料提供了关键指导。研究同时表明，传统非原位或单尺度表征难以捕捉此类动态结构演变，凸显了原位RSoXS在实时、多尺度应变结构分析中的重要价值。

综上，该工作开辟了有机电子学中“结构—力学—功能”关联的全新研究范式，为下一代本征可拉伸电子器件的表征方法与材料设计策略提供了重要参考。

文献信息

Correlativemolecular-to-mesoscaleevolutioninconjugatedpolymersforintrinsicallystretchableorganicphotovoltaics

WenkaiZhong,GuillaumeFreychet,GregoryM.Su,SiyiWang,XuanangLuo,XinruiLiu,WenyuYang,LeiYu,XuefeiWu,YulongLi,ThomasJ.Ferron,ThomasP.Russell,LeiYing,FeiHuang,YongmingZhang,ChengWang&FengLiu

https://www.nature.com/articles/s41467-025-68265-4