建立全新的分子设计平台,消除各类结构缺陷,突破分子局限并实现纳米-介观等多尺度有序化效应,是改善有机宽带隙半导体激子发光、载流子输运以及光子传输/振荡的有效策略,是集成高荧光效率、高迁移率、高介电常数、高品质因子等优异性能的根本方法,是实现低成本大面积有机电泵浦激光的物质基础,更是发展新一代塑料电子与柔性可穿戴光电器件的重要基石。基于此,本博士论文以有机半导体空间设计与多位阻功能化修饰为基础,凭借有机纳米格芳烃的延伸拓展优势,设计合成一系列一维格基纳米聚合物（又称为聚格链）,该聚格的主链特征介于一维共轭聚合物与二维共价有机框架之间,可潜在集成类无机碳纳米的光电属性与可溶液加工的聚合物优势。首先,通过傅克聚格子化反应或Yamamoto偶联聚合反应构筑格基纳米聚合物,精准控制一维构型与立构规整性等一级结构。在此基础上,选取格芳烃单元间不同的连接模式调控持续链长与单链构象等二级结构,再协同利用超位阻效应诱导特殊的链缠结与介观组装形貌等三级结构,最终实现聚合物半导体的共价纳米有序化与介观有序化,助力高性能光电器件的发展。具体研究内容与重要发现如下:1.一级结构调控:引入分子吸斥协同策略控制傅克聚格子化反应的立体选择性。巧妙结合给受体堆积作用力与超亲电体的电荷排斥力,诱导A2B2型聚合单体的分子堆积（反平行中心对称的排列模式）,实现具有内消旋选择性的傅克聚格子化反应（80%de）。以此为基础,制备一系列内消旋等规立构的一维手画手聚格分子（产率超过60%）,其一维主链构型通过~1H NMR、~1H-~1H COSY、FT-IR、GPC、DLS与AFM等方法进行表征。同时,借助分子动力学计算,发现具有内消旋等规立构的手画手聚格可形成各向异性程度高的棒状链塌陷构象,不同于外消旋等规立构的环状塌陷构象。2.二级结构调控:借助双链螺聚格子化效应提高主链刚性并调控共价纳米有序化效应。受启于DNA双螺旋模式,借助螺环芳烃四臂延伸的优势构筑一维纳米聚螺格。其中,凭借双键连接的共价构象锁定效应,纳米聚螺格的持续链长可达41 nm,明显高于传统的共轭聚合物体系（持续链长仅仅为3～20 nm）。在无定型薄膜条件下,高度刚性的主链特征降低了空穴传输的能量无序度（低至46.6 me V）,其迁移率(3.93×10-3 cm~2 V-1 s-1)明显高于传统共轭聚合物体系（无定型薄膜）。不仅如此,纳米聚螺格的超长持续链长效应还能增强偶极极化能力,获得高介电常数特性（k=8.43,接近于Ga N）,结合聚苯乙烯掺杂策略可有效提高OFET器件的迁移率(以并五苯为半导体,迁移率可从0.2提高至0.9 cm~2 V-1 s-1)。3.三级结构调控:共轭聚格的介观有序化及其柔性光子晶体。以共轭格基纳米聚合物为分子模型,借助良溶剂的溶剂浇铸法/溶剂热退火法原位组装形成一维光子晶体（其反射谱满足Bragg-Snell衍射方程）。该光子晶体具有优异的光学特性,如高透光率（86～90%,可见光范围内）、角分辨发光的各向异性、电致发光效率提升（3～5倍）效应以及极低波导损耗系数(2.6 cm-1)的ASE行为。在此基础上,该共轭聚格的光子晶体还具备机械柔性,其拉伸应变可达15%,韧性达70 MJ m-3,可作为新一代多功能柔性光学塑料半导体。4.宏观界面调控:共轭打断聚格的介观组装与高品质因子的随机激光。以超位阻效应更强的共轭打断聚格为分子模型,保持光子晶体导向的介观组装特性,降低薄膜连续性并形成高折射率差（?n≥0.8）的材料/空气界面,从而增强光子反射与限域效应。在此基础上,共轭打断聚格的光子晶体具有超稳定的蓝光发射,其厚膜的量子效率达40～50%,明显高于旋涂薄膜的量子效率（18～22%）,展现出抗聚集诱导淬灭效应（anti-ACQ）。最终,将光子晶体的波导效应与裂痕界面的光子反射效应相互协同,获得准连续的深蓝色随机激光,其阈值低至22.3μJ cm-2,品质因子高达5500～6200,是目前宽带隙半导体激光（包括有机与无机体系）的最高水平。总而言之,本论文以格基纳米聚合物多尺度有序化效应为研究主线,通过立构规整性、超长持续链长以及介观有序化等多级结构调控提高薄膜的载流子迁移率、介电常数、荧光量子效率以及微腔品质因子,实现了单组分的低阈值随机激光。该论文开拓了新一代柔性/塑料电子的材料体系,并为有机电泵浦激光材料的研发提供了潜在的分子设计思路。