黃維，有機(jī)電子學(xué)與柔性電子學(xué)專家。
中國科學(xué)院院士、俄羅斯科學(xué)院外籍院士、亞太材料科學(xué)院院士、東盟工程與技術(shù)科學(xué)院外籍院士、巴基斯坦科學(xué)院外籍院士，教育部“長江學(xué)者”特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國家“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家。黃維院士是國際上最早從事聚合物發(fā)光二極管顯示研究并長期活躍在有機(jī)光電子學(xué)、柔性電子學(xué)領(lǐng)域的知名學(xué)者之一。
從九十年代初開始致力于跨物理、化學(xué)、材料、電子、信息和生命等多個(gè)學(xué)科、交叉融合發(fā)展起來的有機(jī)光電子學(xué)、柔性電子學(xué)等國際前沿學(xué)科研究。在構(gòu)建有機(jī)光電子學(xué)科的理論體系框架、實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體的高性能化與多功能化、推進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方面做了大量富有開拓性、創(chuàng)新性和系統(tǒng)性的研究工作，是中國有機(jī)光電子、柔性電子學(xué)科的奠基人與開拓者。
他以第一或通訊作者身份在《自然?納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）、《自然?光子學(xué)》（Nature Photonics）、《自然?材料》（Nature Materials）、《自然?通訊》（Nature Communications）等SCI主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文560余篇，國際同行引用逾30000余次。獲美國、新加坡和中國發(fā)明專利授權(quán)200余項(xiàng)，出版了《有機(jī)電子學(xué)》、《生物光電子學(xué)》等學(xué)術(shù)專著。曾獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)優(yōu)秀成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)，入選“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”等。
根據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，黃維院士從2020年1月至今共發(fā)表了84篇文章。下面將對(duì)重要研究成果進(jìn)行分類梳理，分別從光響應(yīng)與發(fā)光材料、光電材料、能源、柔性電子和有機(jī)納米聚合物五個(gè)方面進(jìn)行介紹，以饗讀者。
一、光響應(yīng)與發(fā)光材料
1. 《Science Advances》：精準(zhǔn)控制光致變色，實(shí)現(xiàn)多級(jí)防偽印刷
光致變色分子已經(jīng)成為先進(jìn)光子應(yīng)用的重要材料，包括熒光成像、智能透鏡、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和防偽。然而，目前的光致變色材料在相同的光照條件下通常具有恒定的顯色性和顯色速率。此外，光致變色行為的調(diào)節(jié)往往需要復(fù)雜的化學(xué)合成和繁瑣的純化過程，這使得光致變色行為的調(diào)節(jié)既不方便又效率低下。最近，趙強(qiáng)教授和黃維院士報(bào)道了他們通過改變結(jié)晶紫內(nèi)酯水楊醛肼（CVLSH）鋅配合物的反離子，實(shí)現(xiàn)了光致變色分子的著色性和著色速率按需精細(xì)控制。利用鋅配合物的可控光致變色特性，制備了智能光致變色薄膜，并成功實(shí)現(xiàn)了多級(jí)安全印刷。他們的策略為構(gòu)建光響應(yīng)材料鋪平了道路，這種材料的光致變色行為可以按需控制。
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https://advances.sciencemag.org/content/6/16/eaaz2386
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黃維院士、趙強(qiáng)教授《Science Advances》：精準(zhǔn)控制光致變色，實(shí)現(xiàn)多級(jí)防偽印刷
2. 《ACS Nano》：用刮下來的魚鱗做柔性電致發(fā)光器件
交流電流型電致發(fā)光器件（ACEL），與直流發(fā)光器件相比，具有功耗低、發(fā)光均勻、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且其能量轉(zhuǎn)換效率非常高，產(chǎn)生的熱量也少得多，使得其有望集成到可穿戴電子設(shè)備(如電子皮膚)中。目前大多數(shù)電致發(fā)光器件和電子顯示屏使用表面光滑、光學(xué)透明度高的塑料作為柔性襯底。但隨著塑料的廣泛使用，大量塑料垃圾的填埋和焚燒，造成地下水和空氣的嚴(yán)重污染，極大破壞我們的生態(tài)環(huán)境。近日，黃維院士、劉舉慶教授和于海東教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于透明魚膠薄膜的柔性瞬態(tài)ACEL器件。制得的魚膠薄膜具有良好的柔性，可見光透射率高達(dá)91.1%，并可在24天內(nèi)在土壤中完全降解。作者通過在魚膠膜上沉積銀納米線，成功制備了一種柔性、透明的薄膜電極。電極方塊電阻低至22.4Ω/sq，并保持82.3%透光率?；阢y納米線-魚膠薄膜電極的柔性ACEL器件在300 V電壓(頻率為400 Hz)工作條件下的發(fā)光強(qiáng)度為56.0 cd m-2，并顯示出良好的柔韌性以及生物可降解性。
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https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b09880
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變廢為寶！黃維院士團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：用刮下來的魚鱗做柔性電致發(fā)光器件！
3. 《自然·通訊》：三模發(fā)光有效提高有機(jī)材料的余輝效率
有機(jī)余輝材料指的是在激發(fā)光停止之后仍可繼續(xù)發(fā)光的有機(jī)材料。其可以應(yīng)用在各種領(lǐng)域，如生物成像、信息存儲(chǔ)、傳感和安全保護(hù)。但是，目前只有少數(shù)報(bào)道的余輝效率（被吸收的光子轉(zhuǎn)化成余輝的效率）能超過10%，有機(jī)余輝材料要實(shí)現(xiàn)高的余輝效率仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。最近，黃維院士和陳潤鋒教授成功得到了效率高達(dá)45%的有機(jī)余輝材料。他們通過熱活化過程將穩(wěn)定三重態(tài)（T1*）上的激子轉(zhuǎn)化為最低三重態(tài)（T1），然后將T1轉(zhuǎn)化為單重激發(fā)態(tài)（S1），以得到自旋允許的發(fā)光，從而顯著增強(qiáng)有機(jī)余輝。這種余輝是室溫下S1，T1和T1*的輻射衰減引起的非常規(guī)三模發(fā)光。由于其具有迄今為止報(bào)道的最高余輝效率，三模余輝代表了通過促進(jìn)熱活化釋放穩(wěn)定的三重態(tài)激子來設(shè)計(jì)高效有機(jī)余輝材料的重要概念進(jìn)展。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-14669-3
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黃維院士《自然·通訊》：余輝效率45%！迄今為止余輝效率最高的有機(jī)材料
4. 《自然·通訊》：多彩聚合物室溫磷光
發(fā)光可調(diào)和長壽命發(fā)光的功能材料最近成為信息加密、有機(jī)電子學(xué)和生物電子學(xué)應(yīng)用的有力工具。黃維院士、安眾福教授與南洋理工大學(xué)趙彥利教授提出了一種通過自由基多組分交聯(lián)共聚合在聚合物中實(shí)現(xiàn)顏色可調(diào)超長有機(jī)室溫磷光（UOP）的設(shè)計(jì)策略。通過改變激發(fā)波長從254到370nm，這些聚合物顯示出從藍(lán)色到黃色的多色發(fā)光，其長壽命為1.2?s，在環(huán)境條件下的最大磷光量子產(chǎn)率為37.5%。此外，他們還探索了這些聚合物在基于顏色可調(diào)UOP特性的多級(jí)信息加密中的應(yīng)用。這一策略為開發(fā)多色生物標(biāo)簽和室溫長壽命發(fā)光材料鋪平了道路。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-14792-1
5. 《Angew》：刺激響應(yīng)性圓偏振有機(jī)超長室溫磷光
室溫磷光（RTP）和超長RTP（OURTP）的純有機(jī)材料近年來備受關(guān)注。然而，將圓偏振發(fā)光（CPL）技術(shù)集成到RTP/OURTP中是一個(gè)挑戰(zhàn)。黃維院士和陳潤鋒教授提出了一種通過將非手性熒光基團(tuán)直接結(jié)合到酯鏈?zhǔn)中灾行?/span>來實(shí)現(xiàn)CPL活性O(shè)URTP（CP-OURTP）的策略。這種柔性手性鏈的工程化使手性能有效地轉(zhuǎn)移到咔唑聚集體中，從而在光活化構(gòu)象調(diào)控后，產(chǎn)生了壽命超過0.6?s、不對(duì)稱因子為2.3×10-3的強(qiáng)CP-OURTP。因此，所實(shí)現(xiàn)的CP-OURTP在室溫下是穩(wěn)定的，但在50°C下可以快速失活至CP-RTP，在光激活/熱失活循環(huán)期間具有較高的CPL穩(wěn)定性?；谶@種特殊的光/熱響應(yīng)和高可逆的CP-OURTP/RTP，成功地建立了一種具有CPL特性的壽命加密組合邏輯器件。
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https://doi.org/10.1002/anie.201915164
二、光電材料
1. 《Nature Electronics》：利用相同的兩個(gè)鈣鈦礦二極管實(shí)現(xiàn)雙向光信號(hào)傳輸
將光信號(hào)的產(chǎn)生和接收集成到一個(gè)器件中，從而允許兩個(gè)相同器件之間的雙向光信號(hào)傳輸，對(duì)于小型化和集成化光電器件的發(fā)展具有重要價(jià)值。然而，傳統(tǒng)的溶液可加工半導(dǎo)體具有固有的材料和設(shè)計(jì)限制，使得它們無法用于制造高性能的此類器件。黃維院士與瑞典林雪平大學(xué)高峰教授、深圳大學(xué)張文靜教授報(bào)道了一種能同時(shí)工作在發(fā)射和探測(cè)模式下的高效溶液處理鈣鈦礦二極管。該器件可以通過改變偏壓方向在模式之間進(jìn)行切換，并且它具有超過21%的外部量子效率和亞皮瓦量級(jí)的光探測(cè)極限。兩種功能的工作速度都能達(dá)到幾十兆赫。得益于鈣鈦礦的Stokes小位移，他們的二極管在其峰值發(fā)射（~804?nm）處顯示出高的比探測(cè)率（超過2?×?1012?Jones），這允許兩個(gè)相同的二極管之間的光信號(hào)交換。為了說明雙功能二極管的潛力，他們證明它可以用來制作單片脈沖傳感器和雙向光通信系統(tǒng)。
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http://dx.doi.org/10.1038/s41928-020-0382-3
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重大進(jìn)展！西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)《自然?電子學(xué)》：鈣鈦礦光電子領(lǐng)域研究取得突破
2. 《Nature Photonics》：具有層間相互作用的Ruddlesden–Popper鈣鈦礦太陽能電池
二維Ruddlesden-Popper（2DRP）相鈣鈦礦與三維鈣鈦礦相比，具有更好的光穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。然而，對(duì)于大體積烷基銨和2DRP鈣鈦礦骨架之間的相互作用，基本問題仍然存在。黃維院士、南京工業(yè)大學(xué)陳永華教授和吉林大學(xué)張立軍教授證明了一種新的大體積烷基銨2-（甲硫基）乙胺鹽酸鹽（MTEACl）存在硫-硫相互作用。除了較弱的范德華相互作用外，兩個(gè)MTEA分子中硫原子之間的相互作用使（MTEA）2（MA）4Pb5I16（n?=?5）鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的電荷輸運(yùn)和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，2DRP鈣鈦礦太陽能電池具有明顯提高的效率和穩(wěn)定性。電池的功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.06%（17.8%經(jīng)認(rèn)證），耐濕性高達(dá)1512?h（在70%濕度條件下），熱穩(wěn)定性高達(dá)375?h（在85? ?°C下），在持續(xù)光照下穩(wěn)定性好（在最大功率點(diǎn)運(yùn)行1000?h可保持初始效率的85%）。
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https://www.nature.com/articles/s41566-019-0572-6
3. 《AM》：用于鈣鈦礦太陽能電池的無毒雙功能抗溶劑
高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的制備是實(shí)現(xiàn)高性能鈣鈦礦太陽電池（PSCs）的關(guān)鍵。溶劑與抗溶劑之間的有效平衡是在旋涂和熱退火過程中調(diào)節(jié)高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的重要因素。黃維院士和南京工業(yè)大學(xué)秦天石教授開發(fā)了一種綠色、非鹵化、無毒的雙功能（抗）溶劑苯甲酸甲酯（MB），它不僅作為一種抗溶劑，在鈣鈦礦旋轉(zhuǎn)包覆步驟中快速生成晶體種子，而且作為鈣鈦礦前體的消解熟化劑，可防止熱退火過程中有機(jī)組分的損失，有效抑制雜鹵化鉛相的形成。因此，這種新型的雙功能（反）溶劑被用于平面n-i-p-PSCs中，用于制造高質(zhì)量的鈣鈦礦層，從而獲得高達(dá)22.37%的功率轉(zhuǎn)換效率，且具有可忽略的遲滯和>1300h的穩(wěn)定性。此外，由于MB的高沸點(diǎn)和低揮發(fā)特性，在不同的工作溫度（22-34 °C）下可重復(fù)獲得高性能PSCs。因此，開發(fā)出的雙功能溶劑體系可以為PSCs在全球各個(gè)季節(jié)和地區(qū)的升級(jí)和商業(yè)化提供一個(gè)有希望的平臺(tái)。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907123
4. 《Advanced Science》：快速微波退火工藝，助力高性能鈣鈦礦光伏器件
鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）的快速加工技術(shù)為提高生產(chǎn)效率提供了一條令人振奮的途徑。黃維院士和南京工業(yè)大學(xué)秦天石教授報(bào)道了一種快速微波退火工藝（MAP），以取代傳統(tǒng)的熱板退火工藝（HAP），并將鈣鈦礦的加工周期縮短到小于1分鐘。這得益于微波輻射的穿透性和同時(shí)性，MAP法能有效地消除鈣鈦礦薄膜中的雜相，從而獲得大于1μm的大尺寸晶粒。這些經(jīng)MAP處理的鈣鈦礦薄膜具有純晶相、長的載流子壽命和低的缺陷密度，這可以在不需要額外增強(qiáng)器/鈍化層的情況下顯著提高PSC效率。倒平面PSCs的功率轉(zhuǎn)換效率從18.33%（HAP）提升至21.59%（MAP）和良好的穩(wěn)定性，在環(huán)境條件下使用壽命>1000小時(shí)，無需封裝。此外，MAP還可以應(yīng)用于大尺寸（10cm×10cm）鈣鈦礦薄膜的制備，以及對(duì)環(huán)境溫度和前驅(qū)體濃度的更大耐受性，使其成為一種可重復(fù)實(shí)際制備鈣鈦礦光伏材料的可靠方法。
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Https://doi.org/10.1002/advs.202000480
5. 《Angew》：乙酸甲銨實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定全無機(jī)鈣鈦礦光伏器件
具有潛在穩(wěn)定性改善的全無機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦是光電應(yīng)用的一個(gè)很有前途的候選材料。然而，由于最常用的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）溶劑的限制，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中組分相互作用的基本問題仍然存在。黃維院士和陳永華教授報(bào)告了一個(gè)簡單而有效的相互作用剪裁策略，該策略涉及離子液體溶劑醋酸甲銨（MAAc），用于所有無機(jī)CsPbI3-xBrx鈣鈦礦。他們發(fā)現(xiàn)C=O與鉛（Pb2+）有很強(qiáng)的相互作用，并觀察到N-H…I氫鍵的形成。這種相互作用使鈣鈦礦前驅(qū)體溶液穩(wěn)定，并通過延緩結(jié)晶，使無針孔、大晶粒、扁平的全無機(jī)鈣鈦礦薄膜的高質(zhì)量生產(chǎn)成為可能。通過一步，無需進(jìn)行抗溶劑處理，無論濕度如何的空氣處理方法，相應(yīng)的光伏電池顯示出17.10%的高效率，在連續(xù)光照下長時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性超過1500小時(shí)。
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https://doi.org/10.1002/anie.202004256
三、能源
1. 《ACS Nano》: 石墨烯量子點(diǎn)/石墨烯范德華異質(zhì)結(jié)用于光電解水
二維材料組裝構(gòu)成的范德華異質(zhì)結(jié)由于具有高效的電子耦合、電子空穴對(duì)分離、電荷轉(zhuǎn)移、低能壘、可調(diào)控帶隙等性質(zhì)近來引起極大的研究興趣。西北工業(yè)大學(xué)黃維院士和新加坡南洋理工大學(xué)陳鵬教授首次展示了新型的0維/2維范德華異質(zhì)結(jié)，其具有優(yōu)異的光電解水性能，且易于規(guī)?；慨a(chǎn)。該異質(zhì)結(jié)基于0維的石墨烯量子點(diǎn)和2維的石墨烯片。氮硫摻雜的石墨烯量子點(diǎn)具有較窄的帶隙可促進(jìn)吸光，極低的肖特基勢(shì)壘有利于光生電荷的分離及轉(zhuǎn)移，顯著的表面電荷重排和豐富的表面活性位點(diǎn)都有利于極大地提高光電解水的催化性能。低成本量產(chǎn)石墨烯量子點(diǎn)，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)雜原子參雜改性，對(duì)這一新型零維納米碳材料的廣泛實(shí)際應(yīng)用提供了可能。同時(shí)，這一工作也為方便高效地制備單層純石墨烯片提供了全新的方法。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.9b09554
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黃維院士《ACS Nano》: 石墨烯量子點(diǎn)/石墨烯范德華異質(zhì)結(jié)在光電催化解水的新進(jìn)展
2. 《National Science Review》：異質(zhì)空心殼用于連續(xù)收集太陽光
在自然界中，為了最大限度地吸收光并提高光合作用效率，在古老的生命體即藍(lán)藻中廣泛存在著光的連續(xù)收集。受自然界的啟發(fā)，黃維院士，中國科學(xué)院過程工程研究所、國科大王丹研究員提出了一種新的時(shí)間-空間順序捕獲單粒子光的概念，專門設(shè)計(jì)了由納米顆粒亞基組成的多孔殼的非均勻空心多殼結(jié)構(gòu)(HoMSs)。在結(jié)構(gòu)上，HoMSs由不同的帶隙材料組成，從而實(shí)現(xiàn)了不同波長光的有效捕獲。此外，在每個(gè)納米顆粒亞基中引入氧空位也可以增強(qiáng)光吸收。利用HoMSs中光的連續(xù)捕獲，400nm波長處的量子效率比相應(yīng)的納米粒子提高了6倍。令人印象深刻的是，利用上述材料作為光催化劑，實(shí)現(xiàn)了高效的光催化水分解，而這是納米顆粒無法實(shí)現(xiàn)的。這種時(shí)間-空間順序收集太陽光的新概念為解決不斷增長的能源需求鋪平了道路。
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https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa059
四、柔性電子
1. 《Nano Letters》：金屬性“三明治”結(jié)構(gòu)氣凝膠用于柔性電子傳感器件
隨著柔性應(yīng)變傳感器在人機(jī)界面、柔性機(jī)器人、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，柔性應(yīng)變傳感器得到了廣泛的研究。黃維院士和朱紀(jì)欣教授首次報(bào)道了一種新的原位催化策略來制備金屬氣凝膠雜化物，該雜化物由氮化釩（VN）納米片和垂直排列的碳納米管陣列（VN/CNTs）修飾而成。在這種結(jié)構(gòu)中，以二維VN納米片為主要骨結(jié)構(gòu)的柔性器件在重復(fù)變形過程中具有良好的結(jié)構(gòu)相容性。此外，夾層氣凝膠雜化物形成了高導(dǎo)電性的三維網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)變響應(yīng)行為具有顯著的敏感性。此外，成功地制備了基于VN/CNTs的柔性應(yīng)變傳感器，在10%的小應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變系數(shù)高達(dá)386，響應(yīng)速度快，具有優(yōu)異的耐久性。而且成功實(shí)現(xiàn)了物理信號(hào)的監(jiān)測(cè)和基于傳感器的實(shí)時(shí)人機(jī)控制系統(tǒng)。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c00372
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黃維院士、朱紀(jì)欣教授《Nano Lett.》：基于金屬性“三明治”結(jié)構(gòu)氣凝膠的人機(jī)操控柔性電子傳感器件
五、有機(jī)納米聚合物
1. 《自然·通訊》：控制有機(jī)納米聚合物的立體選擇性
網(wǎng)格具有清晰的邊緣和頂點(diǎn)，代表了用于框架和架構(gòu)安裝的多用途納米級(jí)構(gòu)建塊，但在合成過程中難以進(jìn)行立體選擇性控制。黃維院士和解令海教授報(bào)道了一種月牙形超親電含二氮芴底物（AmBn）的非對(duì)映選擇性格子化形成手畫手格的方法。在A1B1型底物的格子化過程中，meso-選擇性達(dá)到75.6%的非對(duì)映體過量（de），在A2B2型單體的聚格子化中，meso-選擇性保持在80% de左右。這種立體控制源于兩個(gè)電荷離域超親電體的中心對(duì)稱分子堆積，具有協(xié)同的π-π堆積吸引和庫侖排斥。由于meso-立體規(guī)則結(jié)構(gòu)的長度為20～30?nm，剛性環(huán)/鏈交替聚格子的Mark-Houwink指數(shù)為1.651，分子量（M）依賴于水動(dòng)力半徑Rh?~M1.13。通過對(duì)鏈折疊的模擬，meso-結(jié)構(gòu)的聚格子仍然采用棒狀構(gòu)象，這有利于提高有機(jī)納米聚合物的剛性，有別于rac型聚格子的環(huán)狀骨架。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-15401-x
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