We report the fabrication of large-area highly aligned films of a naphthalene dicarboximide-based copolymer P(NDI2OD-T2) via solvent vapor annealing of as-spun films under a high magnetic field. Structural characterization reveals that the incorporation of a small amount of graphene nanosheets via solution mixing remarkably improves the degree of chain alignment and ordering of the semiconducting polymers. Field-effect transistors based on the magnetically aligned polymer/graphene composites exhibit a dramatic enhancement of electron mobility as well as extraordinarily high mobility anisotropy of 81, compared to pristine P(NDI2OD-T2)-based devices. We further proposed a mechanism to explain the enhancement of molecular orientation and charge transport, which is based on the assembling of polymer aggregates on the π-plane of graphene to facilitate magnetic alignment.

1.
H.-Y.
Chen
,
J.
Hou
,
S.
Zhang
,
Y.
Liang
,
G.
Yang
,
Y.
Yang
,
L.
Yu
,
Y.
Wu
, and
G.
Li
,
Nat. Photonics
3
,
649
(
2009
).
2.
H. L.
Dong
,
C. L.
Wang
, and
W. P.
Hu
,
Chem. Commun.
46
,
5211
(
2010
).
3.
H.
Sirringhaus
,
Adv. Mater.
26
,
1319
(
2014
).
4.
H.
Yan
,
Z. H.
Chen
,
Y.
Zheng
,
C.
Newman
,
J. R.
Quinn
,
F.
Dotz
,
M.
Kastler
, and
A.
Facchetti
,
Nature
457
,
679
(
2009
).
5.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
(
2007
).
6.
J.
Sun
,
Y.
Choi
,
Y. J.
Choi
,
S.
Kim
,
J. H.
Park
,
S.
Lee
, and
J. H.
Cho
,
Adv. Mater.
31
,
1803831
(
2019
).
7.
J. R.
Potts
,
D. R.
Dreyer
,
C. W.
Bielawski
, and
R. S.
Ruoff
,
Polymer
52
,
5
(
2011
).
8.
N.
Yousefi
,
X. Y.
Lin
,
Q. B.
Zheng
,
X.
Shen
,
J. R.
Pothnis
,
J. J.
Jia
,
E.
Zussman
, and
J. K.
Kim
,
Carbon
59
,
406
(
2013
).
9.
J.
Huang
,
D. R.
Hines
,
B. J.
Jung
,
M. S.
Bronsgeest
,
A.
Tunnell
,
V.
Ballarotto
,
H. E.
Katz
,
M. S.
Fuhrer
,
E. D.
Williams
, and
J.
Cumings
,
Org. Electron.
12
,
1471
(
2011
).
10.
G. H.
Jun
,
S. H.
Jin
,
B.
Lee
,
B. H.
Kim
,
W.-S.
Chae
,
S. H.
Hong
, and
S.
Jeon
,
Energy Environ. Sci.
6
,
3000
(
2013
).
11.
Y.
Liu
,
W.
Hao
,
H.
Yao
,
S.
Li
,
Y.
Wu
,
J.
Zhu
, and
L.
Jiang
,
Adv. Mater.
30
,
1705377
(
2018
).
12.
Y.
Diao
,
B. C.
Tee
,
G.
Giri
,
J.
Xu
,
D. H.
Kim
,
H. A.
Becerril
,
R. M.
Stoltenberg
,
T. H.
Lee
,
G.
Xue
,
S. C.
Mannsfeld
, and
Z.
Bao
,
Nat. Mater.
12
,
665
(
2013
).
13.
Y.
Yuan
,
G.
Giri
,
A. L.
Ayzner
,
A. P.
Zoombelt
,
S. C.
Mannsfeld
,
J.
Chen
,
D.
Nordlund
,
M. F.
Toney
,
J.
Huang
, and
Z.
Bao
,
Nat. Commun.
5
,
3005
(
2014
).
14.
D.
Khim
,
A.
Luzio
,
G. E.
Bonacchini
,
G.
Pace
,
M.-J.
Lee
,
Y.-Y.
Noh
, and
M.
Caironi
,
Adv. Mater.
30
,
1705463
(
2018
).
15.
R.
Noriega
,
J.
Rivnay
,
K.
Vandewal
,
F. P.
Koch
,
N.
Stingelin
,
P.
Smith
,
M. F.
Toney
, and
A.
Salleo
,
Nat. Mater.
12
,
1038
(
2013
).
16.
G.
Wang
,
W.
Huang
,
N. D.
Eastham
,
S.
Fabiano
,
E. F.
Manley
,
L.
Zeng
,
B.
Wang
,
X.
Zhang
,
Z.
Chen
,
R.
Li
,
R. P. H.
Chang
,
L. X.
Chen
,
M. J.
Bedzyk
,
F. S.
Melkonyan
,
A.
Facchetti
, and
T. J.
Marks
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
,
E10066
(
2017
).
17.
Y.-J.
Kim
,
N.-K.
Kim
,
W.-T.
Park
,
C.
Liu
,
Y.-Y.
Noh
, and
D.-Y.
Kim
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1807786
(
2019
).
18.
C.-J.
Lin
,
C.-L.
Liu
, and
W.-C.
Chen
,
J. Mater. Chem. C
3
,
4290
(
2015
).
19.
R. K.
Pandey
,
A. S. M.
Tripathi
,
S. S.
Pandey
, and
R.
Prakash
,
Carbon
147
,
252
(
2019
).
20.
T.
Kimura
,
Polym. J.
35
,
823
(
2003
).
21.
I. O.
Shklyarevskiy
,
P.
Jonkheijm
,
N.
Stutzmann
,
D.
Wasserberg
,
H. J.
Wondergem
,
P. C. M.
Christianen
,
A. P. H.
Schenning
,
D. M.
de Leeuw
,
Z.
Tomovic
,
J.
Wu
,
K.
Müllen
, and
J. C.
Maan
,
J. Am. Chem. Soc.
127
,
16233
(
2005
).
22.
P. W.
Majewski
,
M.
Gopinadhan
, and
C. O.
Osuji
,
J. Polym. Sci., Part B
50
,
2
(
2012
).
23.
G.
Pan
,
F.
Chen
,
L.
Hu
,
K.
Zhang
,
J.
Dai
, and
F.
Zhang
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
5126
(
2015
).
24.
L.
Wu
,
M.
Ohtani
,
M.
Takata
,
A.
Saeki
,
S.
Seki
,
Y.
Ishida
, and
T.
Aida
,
ACS Nano
8
,
4640
(
2014
).
25.
K. C.
Dickey
,
J. E.
Anthony
, and
Y. L.
Loo
,
Adv. Mater.
18
,
1721
(
2006
).
26.
D.
Khim
,
K. J.
Baeg
,
J.
Kim
,
M.
Kang
,
S. H.
Lee
,
Z.
Chen
,
A.
Facchetti
,
D. Y.
Kim
, and
Y. Y.
Noh
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
5
,
10745
(
2013
).
27.
D.
Trefz
,
Y. M.
Gross
,
C.
Dingler
,
R.
Tkachov
,
A.
Hamidi-Sakr
,
A.
Kiriy
,
C. R.
McNeill
,
M.
Brinkmann
, and
S.
Ludwigs
,
Macromolecules
52
,
43
(
2019
).
28.
J.
Rivnay
,
M. F.
Toney
,
Y.
Zheng
,
I. V.
Kauvar
,
Z.
Chen
,
V.
Wagner
,
A.
Facchetti
, and
A.
Salleo
,
Adv. Mater.
22
,
4359
(
2010
).
29.
A.
Ciesielski
and
P.
Samorı
,
Chem. Soc. Rev.
43
,
381
(
2014
).
30.
A. C.
Ferrari
,
J. C.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K. S.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A. K.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
31.
K.
Tremel
,
F. S. U.
Fischer
,
N.
Kayunkid
,
R. D.
Pietro
,
R.
Tkachov
,
A.
Kiriy
,
D.
Neher
,
S.
Ludwigs
, and
M.
Brinkmann
,
Adv. Energy Mater.
4
,
1301659
(
2014
).
32.
N. E.
Persson
,
S.
Engmann
,
L. J.
Richter
, and
D. M.
Delongchamp
,
Chem. Mater.
31
,
4133
(
2019
).
33.
J.-F.
Chang
,
J.
Clark
,
N.
Zhao
,
H.
Sirringhaus
,
D. W.
Breiby
,
J. W.
Andreasen
,
M. M.
Nielsen
,
M.
Giles
,
M.
Heeney
, and
I.
McCulloch
,
Phys. Rev. B
74
,
115318
(
2006
).
34.
C.
Niu
,
F.
Lin
,
Z. M.
Wang
,
J.
Bao
, and
J.
Hu
,
J. Appl. Phys.
123
,
044302
(
2018
).
35.
F.
Lin
,
G.
Yang
,
C.
Niu
,
Y.
Wang
,
Z.
Zhu
,
H.
Luo
,
C.
Dai
,
D.
Mayerich
,
Y.
Hu
,
J.
Hu
,
X.
Zhou
,
Z.
Liu
,
Z. M.
Wang
, and
J.
Bao
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1805255
(
2018
).
36.
A.
Luzio
,
L.
Criante
,
V.
D'Innocenzo
, and
M.
Caironi
,
Sci. Rep.
3
,
3425
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.