その場測定によるブレードコート共役系高分子薄膜の形態形成に関する系統的研究

Systematic Study on Morphological Development of Blade-Coated Conjugated Polymer Thin Films via In Situ Measurements.

• Yeon-Ju Kim
• Sehyun Lee
• Muhammad R Niazi
• Kyoungtae Hwang
• Ming-Chun Tang
• Dae-Hee Lim
• Ji-Sue Kang
• Detlef-M Smilgies
• Aram Amassian
• Dong-Yu Kim

抄録

共役系高分子薄膜の形態は、膜の乾燥速度によって決定され、その電気的性質と密接な関係がある。ここでは、ブレードコートしたポリ{[N,N'-ビス(2-オクチルドデシル)-ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシイミド)-2,6-ジイル]-アルト-5,5'-(2,2'-ビチオフェン)}の薄膜のモルフォロジーが、溶媒と塗布温度の影響で劇的に変化することに着目した。その場測定により、電荷輸送経路の形成に決定的な役割を果たす高分子凝集体や結晶の進化をリアルタイムで観察した。In situ紫外可視分光法とin situ微小角入射広角X線散乱分析を組み合わせることで、ブレードコーティングプロセス中の5つの異なるステージを同定することができました。この5つの段階について、提案された膜形成モデルを用いて詳細に説明します。この知見は、ポリマー薄膜の形態と電荷輸送特性の関係を理解し、薄膜の構造進化を最適化する上で重要な一歩となる。

The morphology of conjugated polymer thin films, determined by the kinetics of film drying, is closely correlated with their electrical properties. Herein, we focused on dramatic changes in thin film morphology of blade-coated poly{[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)} caused by the effect of solvent and coating temperature. Through in situ measurements the evolution of polymer aggregates and crystallites, which plays a decisive role in the formation of the charge transporting pathway, was observed in real-time. By combining in situ ultraviolet-visible spectroscopy and in situ grazing-incidence wide-angle X-ray scattering analysis, we could identify five distinct stages during the blade-coating process; these stages were observed irrespective of the solvent and coating temperature used. The five stages are described in detail with a proposed model of film formation. This insight is an important step in understanding the relationship between the morphology of thin polymer films and their charge-transport properties as well as optimizing the structural evolution of thin films.