侧链长期被视为共轭聚合物的“增溶基团”，却深刻影响共轭主链间堆积、结晶与电荷传输。例如，在有机混合离子—电子导体（OMIECs）中，乙二醇侧链可提升亲水性、促进离子注入，但易破坏π-π堆积，降低迁移率；事实上，通过侧链结构优化平衡离子与电子传输，已经成为提高电化学场效应晶体管（OECT）性能的重要途径。对于本征可拉伸共轭聚合物半导体，烷基侧链虽保证其溶解性，却降低了共轭主链间的相互作用，进而导致迁移率与拉伸性相互制约。

在国家自然科学基金委、中国科学院、北京分子科学国家研究中心和中国科学院化学研究所的支持下，化学所有机固体实验室张德清课题组和合作者分别从“侧链移除”和“侧链部分替换”两个角度，发展了高性能OMIECs与本征可拉伸共轭聚合物半导体。两项工作表明，侧链不再只是改善溶解性的“加工尾巴”，而是调控离子传输、链间堆积、电荷输运和机械性能的关键功能单元。

在第一个工作中，该课题组提出了一种水解驱动烷基链移除的策略，将疏水加工前体转化为高性能离子-电子混合导体。他们设计合成了两种共轭聚合物P(EHE)-T和TVT(HDE)-E （图1）。二者主链含噻吩单元，侧链为通过酯键连接的支化烷基链。这种结构使聚合物可溶液加工，并可通过光交联剂实现光图案化。随后，将两种聚合物薄膜在NaOH/甲醇溶液中进行水解，疏水烷基链被移除，生成含羟甲基侧链的亲水聚合物P(OH)-T和TVT(OH)-E。相对于乙二醇侧链类似物P(EG)-T（μC^∗= 82.4 F cm⁻¹ V⁻¹ s⁻¹），P(OH)-T和TVT(OH)-E薄膜的OECT性能显著提升,其μC^∗分别达到了542 F cm⁻¹ V⁻¹ s⁻¹和725.6 F cm⁻¹ V⁻¹ s⁻¹。该课题组还利用光交联剂6CN对P(EHE)-T进行光图案化，再经水解转化，成功制备了8×8 OECT 阵列。该阵列以离子凝胶为固态电解质，对温度表现出7.49%/^oC的灵敏度，对压力表现出0.00946 kPa⁻¹的灵敏度，并成功实现了对“CAS”字母图案的触摸信号成像。该工作证明，酯键连接的烷基链可作为可移除的“加工把手”，在保持加工性的同时，将疏水前体转化为亲水、离子可及的OMIECs，为高性能OECT及触觉传感阵列提供了新路径。相关研究成果近日发表于Advanced Materials期刊(Adv.Mater.,2026,doi.org/10.1002/adma.74046)。

图1.共轭聚合物P(EHE)-T和TVT(HDE)-E水解前后的结构式

在第二个工作中，该课题组通过环戊基部分取代长烷基链，协同提升了高分子半导体 IDTBT 的迁移率与力学拉伸性能。IDTBT是一类近无定形但具有高迁移率的给体-受体共轭聚合物，但其长烷基链在提供溶解性的同时，会阻碍链间相互作用，限制电荷跳跃和力学性能。研究发现，用环戊基部分取代IDT单元上的十六烷基链，可在不改变共轭骨架电子结构的前提下，显著增强共轭主链间的相互作用。该课题组利用环戊基部分取代IDT单元上的十六烷基链合成了IDTBT-C-1、IDTBT-C-2和IDTBT-C-3(图2)，其中环戊基取代IDT单元与全烷基化IDT单元的摩尔比分别为1:10、1:5和1:15。在底接触/顶栅场效应晶体管中，IDTBT-C-1的空穴迁移率最高达6.01 cm² V⁻¹ s⁻¹，而分子量相近的IDTBT最高仅1.39 cm² V⁻¹ s⁻¹。值得注意的是，IDTBT-C-1的电荷传输性能即使在50%应变下经过3000次拉伸-释放循环后仍保持高度稳定。此外，相对于母体IDTBT，IDTBT-C-1表现出更高的表面损伤起始应变、更高的弹性模量，以及更优的应变恢复能力。进一步研究表明，环戊基取代增强了共轭单元之间的链间相互作用。这些增强的相互作用促进了链间电荷跳跃，从而提高了迁移率，同时促进形成额外的物理交联，赋予 IDTBT-C-1 薄膜优异的机械拉伸性能。相关研究成果近日发表于Advanced Materials期刊(Adv.Mater.,2026, doi.org/10.1002/adma.74579)。

图2. IDTBT、IDTBT-C-1、IDTBT-C-2和IDTBT-C-3的结构式

有机固体实验室

2026年9月22日