[5]-[12]环对苯撑的固态有序性与电荷迁移率

摘要： 我们报道了对不同环尺寸（n=5-12，其中n为重复苯单元数）的径向π共轭环对苯撑[n]CPPs的中尺度形貌与电荷传输特性的计算研究。这些分子被视为富勒烯和碳纳米管的结构组分。[n]CPP分子在固态中以独特方式嵌套。分子动力学模拟表明：虽然分子内结构稳定性（有序性）随体系尺寸增大而增强，但分子间结构稳定性却降低。密度泛函计算显示，作为电荷转移重要参数的重排能随n值增加而减小。固态中的分子间电荷转移电子耦合相对较弱（源于弯曲的π共轭和松散的分子间接触），且各体系均处于相同数量级（约10 meV）。通过动力学蒙特卡洛模拟计算了本征载流子迁移率：空穴迁移率随体系尺寸增大而提升，且遵循~n4标度关系。我们预测无序[n]CPPs的空穴迁移率可高达2 cm2/Vs。计算发现重排能与空穴迁移率存在强相关性（即μ~λ?4）。针对不同苯单元数的面对面堆叠分子对进行的量子力学计算表明：轨道离域化是导致重排能和电子耦合随n增大而减小的共同原因。