Regiochemistry and Side‐Chain Engineering Enable Efficient N‐Type Mixed Conducting Polymers

侧链 聚合物 材料科学 离子键合 阈值电压 化学物理 化学 纳米技术 电压 离子 有机化学 物理 晶体管 复合材料 量子力学
作者
Mingyu Ma,Linlong Zhang,Minhu Huang,Yazhuo Kuang,Hangyang Li,Herun Yang,Tangqing Yao,Gang Ye,Shuyan Shao,Myung‐Han Yoon,Jian Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (21): e202424820-e202424820 被引量:11
标识
DOI:10.1002/anie.202424820
摘要

Developing high-performance n-type organic mixed ionic-electronic conducting (OMIEC) polymers with simple structural motifs is still challenging. We show that high-performance, low-threshold-voltage n-type OMIEC polymers can be achieved using a simple diketopyrrolopyrrole unit flanked by thiazole groups, which is functionalized with glycolated side chains. Interestingly, the regiospecific sp2-N position in the repeating unit's thiazole governs the polymer chains' solvation and molecular packing. This specific backbone chemistry enhances conjugation efficiency, reduces trap density, and improves electrochemical doping efficiency. Moreover, systematic variation of glycolated side-chain lengths induces a sequential shift in molecular orientation-from edge-on through bimodal to face-on preferential alignment. This structural evolution achieves optimized ionic-electronic transport balance, resulting in exceptional device metrics: a geometrically normalized transconductance of 31.9 S cm-1, a figure-of-merit µC* of 96.3 F cm-1 V-1 s-1, and a threshold voltage of 0.31 V, positioning these materials among the highest-performing n-type OMIECs. An organic complementary inverter made from the optimized n-type OMIEC polymer and a reported p-type polymer exhibits a voltage gain of 198 V V-1, effectively amplifying the ECG signal and enhancing signal quality. This work establishes structure-property guidelines for designing bioelectronic n-type OMIECs.
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