高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在共轭聚合物单晶结构表征中的应用 ——该成果发表在Nature Communications期刊

由深圳平湖实验室分析检测中心田佳民博士参与合作的“Molecular-Dipole Oriented Universal Growth of Conjugated Polymers into Semiconducting Single-Crystal Thin Films ”文章在顶级期刊《Nature Communications》上发表。

由于共轭聚合物分子结构复杂、链构象扭曲且结晶动力学失衡，其单晶薄膜的制备面临巨大挑战。本文提出一种通用的纳米受限分子偶极子取向（nano-CMDO）策略，用于共轭聚合物的精准组装以制备单晶薄膜。借助精心设计的空间 - 静电纳米受限电容器，分子偶极子在垂直电场作用下驱动共轭主链旋转，同时烷基修饰的平行板调控侧链排列。

高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的晶格条纹分析验证了不同共轭聚合物单晶的晶体结构与堆垛特性。对于PBTTT，HRTEM 观察到 0.35nm 的晶格条纹，对应其正交晶格的 π-π 堆叠间距，证实 nano-CMDO 策略成功诱导噻吩-噻吩并噻吩环形成共平面排列；对于 p 型给体-受体共聚物 DPPT-TT，优化条件下制备的单晶薄膜，HRTEM 显示其 π-π 堆叠间距为 0.43nm，与支化侧链的空间位阻效应相符，且薄膜无明显晶界，呈现完美单晶形态；针对具有大空间位阻的 n 型共聚物 N2200，TEM 表征首次观测到其单晶薄膜的直面取向，HRTEM 测得 π-π 堆叠间距为 0.47nm，突破了传统热退火方法获得“平躺取向”，证实了策略的普适性。

 图1. 聚（3-己基噻吩）（P3HT）单晶薄膜的生长动力学与结晶特性

期刊简介：

《Nature Communications》是由Springer Nature出版的国际顶级综合类开放获取学术期刊，隶属于《Nature》系列期刊，自 2010 年创刊以来，已成为自然科学领域极具影响力的核心期刊之一。该期刊覆盖自然科学全领域，包括但不限于生命科学、物理学、化学、材料科学、环境科学、地球科学、工程技术等，尤其聚焦具有跨学科属性的创新研究。2025 年最新影响因子为16，长期位列全球综合类期刊前列。