2023年11月02日，贵州大学材料与冶金学院刘迅成特聘教授团队在高性能醌式聚合物半导体材料研究中取得突破性进展，该工作以“A skeletal randomization strategy for high-performance quinoidal-aromatic polymers”为题发表于国际顶级材料期刊《Materials Horizons》（影响因子13.3，中科院一区TOP）。贵州大学材料与冶金学院硕士研究生周全峰是第一作者，贵州大学材料与冶金学院是论文的第一完成单位。
良好的溶解性是聚合物半导体材料能够溶液加工的先决条件，聚合物薄膜的高结晶性对实现高载流子的传输至关重要。然而，高迁移率聚合物半导体材料的发展长期受限于这对互斥的性质（溶解性和结晶性），传统的聚合物分子设计策略通常会导致聚合物溶解度和结晶度呈现此消彼长的矛盾。因此，如何对聚合物的分子结构进行优化设计，在改善聚合物溶解度的同时不牺牲聚合物的结晶度从而大幅提升聚合物半导体材料的综合性能亟待解决。
课题组在前期工作的基础上（Acc. Chem. Res. 2023, 56, 1669; Adv. Funct. Mater. 2022, 2201903; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23497; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801874; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8355）通过非常简单的主链无规化策略合成了主链无规聚合物PA4T-Ra，与其相对应的主链规整的聚合物PA4T相比，在溶解度提升的同时结晶度也得到提高。同时，将PA4T-Ra与其他基于传统溶解度调控策略构建的同系聚合物进行系统的对比研究发现，无规聚合物PA4T-Ra具有中等的溶液聚集强度、最高的结晶度和最小的结晶无序度。此外，在空气条件下制备的基于PA4T-Ra的场效应晶体管器件实现了3.11 cm2 V–1 s–1的超高空穴迁移率，是其他基于传统溶解度调控策略构建的同系聚合物迁移率的50倍，且是目前基于旋涂方法加工的醌式聚合物中的最高值之一。此外，基于PA4T-Ra的场效应晶体管器件还具有优异空气稳定性和工作稳定性。该研究工作不仅打破了无规聚合物会导致结晶度降低的传统观念，同时为开发可溶液加工的高迁移率共轭聚合物提供了新思路，对加速有机电子领域的发展有着重要意义。
该研究感谢贵州大学材料与冶金学院硕士生张国祥、谢润泽和物理学院龚秀教授的支持和协助。该研究得到了国家自然科学基金委、贵州省科技厅科学技术基金和贵州省教育厅科学技术基金的资助。
论文链接：http://doi.org/10.1039/D3MH01143G