Science:用外力将绝缘聚合物变成半导体聚合物

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机械化学获得了重要进展,研究人员通过巧妙的设计,使用非常巧妙的结构加上巧妙的方法,将绝缘聚合物变成了半导体。大致的设计思路是酱紫的: 将不连续的共轭体系(绝缘聚合物,下图左边)通过开环反应变成连续的大共轭体系(可能具有一定的导电能力,下图右边),由于环丁烷结构的不稳定性,那么进行开环获得一种上述设计的大共轭聚合物是有可能的,并且研究人员期望通过外力的方法(机械化学)实现。进一步的设计思路如下图所示,最终获得下图中4的连续共轭聚合物。

导电聚合物

由上图,可想而知,获得上述结构的原料及其聚合物并不是那么容易,有兴趣的朋友请仔细阅读参考文献,能发science的文章不简单呀。长话短说,研究人员通过一系列合成工作获得了下图7中的梯烯类聚合物(像梯子),然后通过外力(超声)将梯子中的环丁烷结构开环获得12的长共轭链,这个过程有点像解压缩包。

而且,聚合物12在声波的作用下发生自组装成半导体纳米线,实际操作过程中,聚合物7的溶液在声波作用下,颜色逐渐变深,最后变黑。

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更详细的权威内容阅读参考文献:https://science.sciencemag.org/content/357/6350/475

Mechanochemical unzipping of insulating polyladderene to semiconducting polyacetylene,
Science 04 Aug 2017:
Vol. 357, Issue 6350, pp. 475-479
DOI: 10.1126/science.aan2797

Abstract
Biological systems sense and respond to mechanical stimuli in a complex manner. In an effort to develop synthetic materials that transduce mechanical force into multifold changes in their intrinsic properties, we report on a mechanochemically responsive nonconjugated polymer that converts to a conjugated polymer via an extensive rearrangement of the macromolecular structure in response to force. Our design is based on the facile mechanochemical unzipping of polyladderene, a polymer inspired by a lipid natural product structure and prepared via direct metathesis polymerization. The resultant polyacetylene block copolymers exhibit long conjugation length and uniform trans-configuration and self-assemble into semiconducting nanowires. Calculations support a tandem unzipping mechanism of the ladderene units.

发布者

高分子

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