我国绝缘高分子复合材料研究取得重大突破

日前，中科院长春应用化学研究所杨小牛研究员课题组在半导体/绝缘体高分子复合材料研究取得重大突破，其研究结果被国际着名期刊《先进功能材料》以 “卷首插画”的形式给予重点报道。

    在传统观念中，绝缘体会阻碍电荷传输，因此一般来讲，在半导体/绝缘体复合材料中，绝缘相往往扮演着降低材料电学性能的角色。然而近年来研究人员发现，在 特定外场条件下，复合材料二维表面处的载流子迁移率并不差。杨小牛课题组首次在体相半导体/绝缘高分子复合材料中发现并确认了绝缘基质增强的半导体电荷传 输现象，随后将这一规律推广到无特定外场条件下的三维体系，并用更普适性的物理量―电导率来论证了这一点。

    通过控制聚噻吩/绝缘聚合物共混物制备过程中结晶和相分离的竞争关系，可抑制大尺度的两相分离，由此得到均匀的半导体/绝缘体复合材料。这种材料表现出绝 缘基质增强的半导体电荷传输现象。研究人员认为，载流子以极化子形式在复合材料中进行传导。由于绝缘基质极化率较低，极化子在半导体/绝缘体界面处传输时 受到周围极化环境的影响较小，有助于降低界面处的电荷传输活化能，由此提高了两相界面处的载流子迁移率。

    从此意义上讲，对于两相共混体系，增强的体相电荷传输性质需要满足下列3个条件：首先，鉴于电荷主要在共混两相界面传输，绝缘聚合物的介电常数必须足够低 才可能降低电荷传输活化能，从而有效提高半导体相的载流子迁移率；其次，半导体/绝缘体两相相分离尺度需要足够小，才能大幅提高两相接触界面；第三，要求 半导体相要有较好的连续性，有利于减小电荷传输的阻力。

    在半导体聚合物中通过共混引入通用绝缘聚合物，不仅可以提高其电学性能，而且可降低基于塑料的柔性电子器件的成本，提高其柔韧性和环境稳定性。