本文探究了单体与液晶的相容性对聚合物墙表面组成的影响和表面组成对聚合物墙液晶器件光电性能的影响及其调控方法。选取与液晶相容性相差较大但表面能相近的单体, 通过表面引发聚合形成与液晶分层的聚合物薄膜, 洗去液晶后用反应离子刻蚀在聚合物表面刻蚀出不同深度。通过衰减全反射红外光谱和X射线光电子能谱仪表征不同深度的组分。最后利用掩模版制备聚合物墙液晶器件, 并探究聚合墙表面组成对其光电性能的影响。实验结果表明: 在聚合物-液晶界面处富集与液晶相容性高的聚合物组分, 并且聚合光强越低, 这种组分偏析效果越明显, 当聚合光强较低时, 聚合物表面组成中的PTFEMA组分占比为68.5%, 比高光强时的多出10.6%。聚合物墙的表面组成对液晶器件的光电性能有一定的影响, 当光强为10 mW/cm2时器件的阈值电压为 0.879 V, 而在70 mW/cm2光强时升高到1172 V。可以利用单体与液晶的相容性差异以及光强调控聚合物墙表面组成, 进而影响液晶器件的光电性能。

具有宽带反射特性的胆甾相液晶在众多领域有广泛的应用前景。为了拓展调控反射带隙的方法, 实现在所需波谱范围内的带隙调控, 本文通过添加紫外吸收染料, 制备了一种聚合物网络梯度分布的新型聚合物稳定胆甾相液晶器件。实验结果表明, 聚合物网络的梯度分布使液晶盒上下表面附近的聚合物网络弹性产生了显著的差异, 因此, 其电诱导的反射带隙拓宽可以改变直流电场的方向进行调谐。当液晶盒厚度为40 μm, 染料浓度为1.2%的PSCLC, 在施加12 V的直流电场时, 面向光源为正极时的反射带隙位于570~778 nm, 改变电场方向后, 反射带隙红移至598~816 nm。这项研究为宽带反射胆甾相液晶材料提供了一种新的策略, 在智能窗户、激光防护、数据存储等方面具有潜在的应用。

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基) -苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT) 超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明, 单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能, 电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能, 随着超薄膜叠层数量的增加, 器件迁移率不断上升; 超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓, 迁移率最大值为0.58 cm2·V-1·s-1。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法, 制备出在1.0×10-5氨气环境下, 迁移率为0.23 cm2·V-1·s-1、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。

偏振发光薄膜在液晶显示中有潜在的应用，可有效降低能耗。制备偏振发光薄膜的关键在于对发光材料进行有序的取向。以各向异性的CsPbBr3纳米线为发光材料，使用偏心旋涂法对其进行取向并制备偏振发光薄膜。采用荧光光谱仪测试薄膜的偏振度，使用扫描电镜观察纳米线的取向形貌。通过改变偏心旋涂的基底、纳米线分散液的浓度和溶剂组分来优化纳米线薄膜的取向，获得了良好的荧光偏振度。

环状光敏手性剂不仅具有较好的光稳定性, 且可以通过控制环张力而对分子的光异构化速率进行调控, 但其与液晶分子间的相容性有待提高。本文通过在联萘基团的6,6′位点处引入与液晶分子结构相似的棒状刚性取代基, 制备了BPO5BA联萘偶氮苯环状光敏手性剂, 探究了其在溶液和液晶中的光异构化过程, 并通过计算Teas溶解度参数对手性剂分子与液晶分子间的相容性进行探究。通过研究发现, 与Azo-o-Bi分子相比, BPO5BA分子中由于刚性取代基的引入, 使偶氮苯基团的转动受到了环张力和刚性的限制, 导致该分子在溶剂和液晶中的光异构化程度较低。此外, BPO5BA分子具有与Azo-o-Bi分子相反螺旋方向和较大的β值, 且与液晶分子间的相容性较好。

研究了基于异靛蓝及其衍生物的给-受体共轭聚合物主、侧链修饰对电学性能的影响。采用掠入射X射线衍射、原子力显微镜和4200半导体参数测试仪对聚合物结构与形貌以及电学性能进行了表征。实验结果表明, 烷基侧链的加入会增大空间位阻, 使得分子堆积从较为有序的edge-on结构变得混乱无序, 导致结晶性和电学性能的下降。平均空穴迁移率从0.05 cm2·V-1·s-1下降至2.11×10-3 cm2·V-1·s-1。但当主链用苯并二呋喃二酮(BIBDF)这一强吸电子的长共轭单元替代异靛蓝单元之后, 由于主链平面性的提高, 引起分子堆积变好, 结晶性和电学性能显著提高, 并不影响溶液加工性且该聚合物显示出良好的双极型传输特性。空气中电子与空穴平均迁移率可以达到029 cm2·V-1·s-1和0.49 cm2·V-1·s-1。

为了探究聚合物结构与性能的关系, 获得电子传输型半导体材料。采用Stille交叉偶联反应, 制备了基于噻吩-氰基乙烯-噻吩(TCNT)和2-氧吲哚-3-亚基-二氢吡咯吲哚-二酮(BDID)结构的一种新型的低能带隙给体-受体共轭聚合物PBDID-TCNT。采用热重分析仪、示差扫描量热仪、紫外-可见-近红外分光光度计、电化学工作站与原子力显微镜等测试手段对聚合物的热性能、光学性能、电化学性能以及微观结构进行了表征。结果表明: 聚合物PBDID-TCNT具有优异的热稳定性, 宽的吸收光谱, 低的最低未占轨道/最高占有轨道能级(LUMO/HOMO)。首次制得了PBDID-TCNT型的聚合物, 以聚合物为半导体层的有机薄膜晶体管器件展现出电子传输特性, 电子迁移率达到0.11 cm2/(V·s), 同时开关比超过105。

研究了基于供体-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)薄膜晶体管的氧传感特性。在不同的氧气浓度下, 器件展示了空穴和电子载流子的传感特性, 如源漏电流、迁移率和亚阈值摆幅随着氧从半导体层内吸附/解吸附的过程中被调节。实验结果表明: 随着真空度从0.7 Pa上升到0.08 Pa, 即氧气的体积分数从~5.3×10-6降到~6×10-7, 对于P型传输的迁移率、源漏电流(开态)和亚阈值摆幅分别改变了-52.7%、-51.3%和48%, 而对于N型传输分别改变了42.3%、59.5%和-39%。并且腔室中氧气的浓度从~8×10-7降到~6×10-7,变化了~2×10-7, 相应的P型和N型源漏电流分别变化了-45.9%和31.1%。基于PBIBDF-BT聚合物薄膜晶体管能够实现对氧气的双极性检测和低的氧检测线。