Structure and Conductivity of Semiconducting Polymer Hydrogels

Abstract

Poly(fluorene-alt-thiophene) (PFT) is a conjugated polyelectrolyte that self-assembles into rod-like micelles in water, with the conjugated polymer backbone running along the length of the micelle. At modest concentrations (∼10 mg/mL in aqueous solutions), PFT forms hydrogels, and this work focuses on understanding the structure and intermolecular interactions in those gel networks. The network structure can be directly visualized using cryo electron microscopy. Oscillatory rheology studies further tell us about connectivity within the gel network, and the data are consistent with a picture where polymer chains bridge between micelles to hold the network together. Addition of tetrahydrofuran (THF) to the gels breaks those connections, but once the THF is removed, the gel becomes stronger than it was before, presumably due to the creation of a more interconnected nanoscale architecture. Small polymer oligomers can also passivate the bridging polymer chains, breaking connections between micelles and dramatically weakening the hydrogel network. Fits to solution-phase small-angle X-ray scattering data using a Dammin bead model support the hypothesis of a bridging connection between PFT micelles, even in dilute aqueous solutions. Finally, time-resolved microwave conductivity measurements on dried samples show an increase in carrier mobility after THF annealing of the PFT gel, likely due to increased connectivity within the polymer network.

Amino‐terminated Poly(ethylene glycol) (AT‐PEG) Polymer Hydrogels as Efficient Anionic Dye Adsorbents

“…Hydrogels are unique soft materials with similarity to biological tissues that have attracted great attention for widely application ,. The aggregation and network formation of cross‐linked polymer chains has become one of the most expanding filed in the current research, due to the great potential in energy devices, biosensors, medical electrodes, biomedical imaging,, shape‐memory materials, drug delivery systems, and etc. Generally, the polymer hydrogels are established through the self‐assembly of interconnected polymer chains driven by various noncovalent interactions including typically hydrogen bonding, π−π interactions, hydrophobic interaction, van der Waals interaction, and electrostatic interaction to form network structure with a lot of cavities insides, and under suitable conditions, water molecules are immobilized within the network structure to form gels ,,.…”

Viscoelastic Conjugated Polymer Fluids

“…[5] Thef indings from this study indicate that ap recise control of the phase states-from the "liquid" to "viscoelastic" to "solid" state-of CPs can be achieved by altering the ratio of alkyl side chains to the CP backbone (hereafter referred to as the alkyl/p ratio;s ee Figure S1 in the Supporting Information). Notably,b lock or graft copolymerization with aV EP, [6] blending with other matrix polymers, [7] and inserting af lexible spacer unit, [6a, 8] as well as lyogel formation [9] have previously been demonstrated to facilitate the formation of VE-CPs.Inthese examples,the coexistence of viscoelasticity and excellent optoelectronic properties was not straightforward because the formation of VE-CPs typically involves at rade-off between flexibility/ deformability and conducting/semiconducting functions. [10] Herein, we focus in particular on "optical" properties, which may establish another potential application for CPs, [11] because bulky alkyl substituents can serve as insulating and stabilizing moieties of optically functional p-conjugated backbones.…”

Viskoelastische konjugierte polymere Fluide

“…Obwohl hier optoelektronische Funktionalitäten fehlen, wurde kürzlich ein VEP-Analogon, das durch große Mengen von Seitenketten die Verschlaufung unterbindet, von Sheiko und Mitarbeitern erfolgreich hergestellt, in denen eine dichte flaschenbürstenartige "Bottlebrush-Architektur" erzeugt wird, die aufgrund ihrer flüssigkeitsähnlichen Seitenketten quasi mit ihrem eigenem Lçsungsmittel umhüllt sind und sich daher als superweiche,s uperelastische "trockene Gele" verhalten. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Block-oder Pfropfcopolymerisation mit einem VEP, [6] das Blenden mit einem anderen Matrixpolymer [7] sowie das Einfügen einer flexiblen Spacereinheit [6a,8] als auch die Lyogelbildung [9] die Bildung von VE-CPs ermçglichen. Ein ähnlicher Ansatz wurde kürzlich erfolgreich fürdie Verflüssigung kleiner p-konjugierter Moleküle etabliert, genannt "Alkyl-p-Engineering".…”

“…[5] Die hier vorgelegten Ergebnisse zeigen, dass eine genaue Kontrolle der Aggregatszustände -von "flüssig" über "viskoelastisch" bis "fest" -inVE-CPs erreicht werden kann, indem das Verhältnis der Alkylseitenketten zur CP-Hauptkette variiert wird (im Folgenden als Alkyl-p-Verhältnis bezeichnet) (Abbildung S1 in den Hintergrundinformationen). Insbesondere wurde gezeigt, dass die Block-oder Pfropfcopolymerisation mit einem VEP, [6] das Blenden mit einem anderen Matrixpolymer [7] sowie das Einfügen einer flexiblen Spacereinheit [6a,8] als auch die Lyogelbildung [9] die Bildung von VE-CPs ermçglichen. In diesen Beispielen wurde die Koexistenz von Viskoelastizitätu nd ausgezeichneten optoelektronischen Eigenschaften dadurch erschwert, dass bei der Bildung von VE-CPs bisher ein Kompromiss zwischen Flexibilität/Verformbarkeit und leitenden/halbleitenden Funktionen gefunden werden muss.…”

“…350 8 8C( Abbildung S4). Die Funktionalitätsdichte (Gewichtsanteil der p-konjugierten Einheit) von P3 erreichte einen Wert von nur 42 %, was in deutlichem Gegensatz zu den VE-CP-Kompositen in der Literatur [6b, [7][8][9] mit nur etwa 10 %funktionaler Dichte steht.…”