功能性可拉伸有机电子器件的研究进展

可拉伸有机电子器件具有高机械稳定性、优异的电学稳定性、低成本和生物兼容性好等优点,是未来电子器件发展的重要方向.功能性可拉伸有机电子器件更是为可穿戴和可植入设备、智能医疗以及软体机器人等新兴高技术领域提供了新的研究思路.本文综述了近年来功能性可拉伸有机电子器件的研究进展,包括场效应、光电、存储以及传感等有机晶体管,发光二极管、交流电致发光、发光电化学电池等有机光电器件,太阳能电池、超级电容器、纳米发电机等有机能源存储与转换器件,压力、应变、触觉、温度、气体等有机传感器,忆阻器、磁存储、仿突触存储等有机存储器,以及其他集成电路系统元件,最后就功能性可拉伸有机电子器件存在的科学问题与未来的发展方向提出了建议.     

聚合物太阳能电池阴极修饰层研究进展

聚合物太阳能电池以其质量轻、成本低、制备工艺简单等优点成为清洁能源利用的研究热点.近年来聚合物太阳能电池光电转换效率逐步提高,单结聚合物太阳能电池的光电转换效率已超过11%,其中器件的界面修饰层成为影响器件光伏性能的重要因素.本文总结了聚合物太阳能电池阴极修饰层的研究进展,分别从无机材料和有机材料两方面介绍了常用的阴极修饰层材料.无机材料包括金属氧化物、金属和金属化合物等,有机材料包括聚合物、富勒烯衍生物以及n-型有机半导体材料等.本文还从阴极修饰层的电学特性、光学特性、能级位置、表面形貌、界面接触等方面讨论了其对聚合物太阳能电池光伏性能的影响,展望了聚合物太阳能电池的发展前景.     

金属增强量子点荧光

量子点具有亮度高和稳定性好等优异的光学性质,在生物检测、活体成像及光电器件开发等领域有着广泛的应用。然而,当前水相量子点尤其是水相近红外荧光量子点的荧光发射强度相对较低,且荧光稳定性有待进一步提高。金属可以使其邻近荧光物质的激发效率提高且辐射衰减速率增加,荧光发射强度较之自由态荧光发射增强,产生金属增强荧光效应。采用金属纳米结构增强量子点的荧光有望为解决上述问题提供有效途径。本文详细介绍了量子点发光机理及金属增强量子点荧光机理,在此基础上讨论了影响金属增强量子点荧光的关键因素,并对相关研究现状及挑战进行了简短的评述。我们相信随着纳米科技的快速发展,金属增强量子点荧光在不远的将来会吸引越来越多的关注并展现出独特的潜力。     

疏水基底表面可控生长有机单晶阵列用于高性能晶体管

有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管等光电器件有望实现低成本柔性光电子应用,但低成本潜力取决于基于溶液法大面积沉积有机半导体单晶(OSSC)阵列的能力.然而,差的表面润湿行为和复杂的流体动力学过程限制了溶液沉积大面积OSSC阵列.本文中,我们通过添加微量的表面活性剂改善了润湿性能和流体干燥动力学,并增强了有机...     

二维半导体材料纳米电子器件和光电器件

近年来,随着各领域对微电子器件集成度及性能要求的不断提高,发展基于二维半导体材料的新型高性能功能性器件成为了突破当前技术瓶颈的重要环节和关键方向。目前,作为新型二维半导体材料的代表,二维过渡金属二硫化物、二维黑磷以及范德瓦尔斯异质结凭借其在电学、热学、机械、光学等方面的优异性能已经成为了发展高性能纳米电子器件和光电器件的最具潜力的材料之一。在本综述中,首先概述了几种用于纳米器件的常见二维材料,分析了材料的结构、性能及其在纳米器件中的应用,其次重点对基于过渡金属二硫化物、黑磷以及由其衍生的范德瓦尔斯异质结的纳米电子器件和光电器件的最新研究进展进行讨论,最后对目前二维半导体纳米器件所面临的挑战以及未来的发展方向进行总结及分析,从而为未来发展高性能功能性纳米器件提供支持。     

齐聚噻吩及其衍生物有机光伏材料

齐聚噻吩及其衍生物具有良好的环境稳定性和优异的光电性能,是一类具有良好发展前景的有机功能材料。本文综述了近年来齐聚噻吩及其衍生物的发展状况,简述了其主要合成方法;根据结构将其分为两大类:一类是不含极性基团或仅含弱极性基团的齐聚噻吩衍生物,另一类是给体-受体型齐聚噻吩衍生物,并讨论了它们作为有机光伏材料的应用。给体-受体型齐聚噻吩衍生物由于分子内的电荷传输作用,其光物理和电化学性能均优于不含极性基团的齐聚噻吩,该类材料在小分子光伏器件中具有最高的光电转换效率(>10%)。文章最后简要分析了影响光伏器件性能的主要因素。     

聚苯胺纳米小球的光电化学性能研究

目前二维材料,如黑磷等的低光电响应能力以及环境不稳定性严重影响了其实际使用,而导电聚合物因质轻、耐腐蚀以及优异的半导体电学和光学特性等优势,在传感器、光伏器件和场效应晶体管等领域表现出巨大的潜在应用前景.本工作通过化学氧化聚合法制备尺寸均一的聚苯胺(PAN)纳米小球,并通过溶液沉积法在氧化铟锡玻璃表面制备PAN纳米小球...     

含铕配合物的有机电致发光器件的光伏效应

自从1986年Ｔａｎｇ发表了双层有机电致发光器件有光伏效应[1]以来,人们就一直对有机器件的光伏效应有浓厚的兴趣,特别是近年来有大量的文章报道有机器件的光伏效应。在这些报道中,使用材料中有用聚苯乙炔及其衍生物的[2,3],有用Ｃ60做电子受体的[4],但这些研究都与电致发光无关,仅研究了光电转换特性,我们研究组首次报道了电子给体发光,电子受体稀土配合物不发光的有机光伏器件[5]。本文就是在此基础上进一步研究铕配合物ＯＥＬ器件的光伏效应。铕配合物ＯＥＬ器件不仅仅有利于利用配体三重态能量、提高能量转换效率的潜力,而且中心离…     

三种CuS对电极的制备及其对量子点敏化太阳能电池光电性能的影响

近几年,量子点敏化太阳能电池因其具有低成本、易合成、高的光电转换效率等优点而广受关注. 半导体金属硫化物具有良好的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域,其中,铜硫化物凭借其优异的电化学催化活性,而成为量子点敏化太阳能电池良好的对电极材料. 本文通过3种不同的方法在FTO表面生长CuS纳米阵列（依次记为CuS-1、CuS-2、CuS-3）,并对样品进行晶相表征、表面形貌分析、电化学性能测试以及相应量子点敏化太阳能电池器件组装,最终发现CuS-3样品具有最优的光电性能.     

光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱在纳米半导体光电器件研究中的联用

在纳米半导体中由于纳米效应(如量子尺寸效应),其电子结构与块体半导体有所不同。进一步地,当纳米半导体与基底和其他组分结合制成器件后,其性质又受到基底或其他组分的影响,这两点导致了基于纳米半导体的光电器件的性能以及相应表征方法也大不相同。将光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱三种技术有机地结合起来,可以更好地表征纳米半导体的电子性质和光电性能。本文根据纳米半导体材料与电极的电子性质特点及其测量,结合本课题组前期工作,举例介绍三种谱学方法相结合应用于探究光伏电池和电致发光器件的纳米半导体材料的性能,以及纳米半导体材料表面态的表征。     

Recent Progresses on the High Performance Organic Electrochemical Transistors

Organic electrochemical transistor(OECT) with bulk current modulation capability based on the ion penetration into the organic semiconducting channel exhibits unique features, including high transconductance, low voltage and large capacitance. The high current at a low voltage, together with the compatibility with aqueous environment, makes OECT particularly suitable for bioelectronic applications, such as biological interfacing, printed logic circuitry and neuromorphic devices. However, the operation mechanism and structure-performance relationship of OECT are rather complicated and remain unclear to date. One of the critical issues is the ion penetration and transportation process. This review focuses on the research progresses of how to improve the OECT performance specifically through materials design, interfacing and morphology modulation. Different strategies of promoting the ion doping process are compared and discussed in order to optimize the device performance so that a deep understanding of the OECT operation principle could be gained.     

有机场效应晶体管和分子电子学研究进展

近几年来,有机场效应晶体管在材料和器件方面都取得了长足的进展,成为分子电子学的一个重要方向。本文从有机半导体材料设计、有机半导体器件的构筑、单分子电子器件和纳米管在电子器件中的应用等方面,简单综述了有机场效应晶体管和分子电子学的最新研究进展。     

A new imidazolylquinoline for organic thin film transistor

A new active electronic material, 2-(naphtho[3,4]imidazol-2-yl)quinoline (NIQ), 1, has been synthesized and fully characterized. This compound exhibits field-effect carrier mobility and behaves as a p-type semiconductor (μ_FET = 0.148 cm²/V s at V_DS = 10 V). NIQ and its related imidazolylquinoline compounds may have possible applications as active materials in organic thin film transistors.     

Effect of the position of substitution on the electronic properties of nitrophenyl derivatives of fulleropyrrolidines:Fundamental understanding toward raising LUMO energy of fullerene electron-acceptor

A series of substituted para-, meta- and ortho-nitrophenyl derivatives of fulleropyrrolidine were synthesized to investigate the effects of the position of substitution on electronic properties by using steady-state absorption and fluorescence spectra, combined with DFT calculations. The results confirmed that the position of substitution has little effect on absorption and fluorescence spectra, whereas a significant effect was observed on their LUMO energy levels. The theoretical calculations revealed that the LUMO energy of the ortho-nitrophenyl substituted derivative was increased 0.1 eV above those ofpara- and meta-substitution. The prominent effect ofortho-substitution was attributed to the through-space orbital interaction between spatially closed electron-withdrawing nitro group and fullerene cage. These findings could provide fundamental insights in raising LUMO levels of C6o-based electron acceptor materials and an alternative strategy to increase open circuit voltage Voc in polymer solar cells.     

有机/聚合物场效应管

有机场效应管（OFET）自从1987年首次出现以来，尤其是在最近两三年，已经取得了长足的发展，已经成为最为重要的有机电子器件之一。本文综述了关于OFET的工作原理，用于OFET的半导体材料及成膜工艺等方面的新研究成果。并指出了OFET目前所存在的问题及发展方向。     

Synthesis and Characterization of Pentafluorophenyl‐Substituted Perylenebis(dicarboximides)

A series of 1,7‐bis(perfluorophenyl)substituted perylenebis(dicarboximides) were synthesized by Cu‐mediated Ullmann coupling of bromopentafluorobenzene with 1,7‐dibromoperylenebis(dicarboximides) (Scheme). The photophysical and electrochemical properties of these dyes were investigated with regard to their potential use as building blocks in organic photovoltaics (OPV) or organic field‐effect transistors (OFET).     

Electrical conductivity of some hydrazones and binary complexes with transition metals

Summary The electrical behaviour of some hydrazones was studied in the temperature range of 290–435 K. The effect of complex formation with Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), and Cu(II) on the electrical conductivity of the hydrazones was investigated. The structure of the hydrazones was characterized using¹H and¹³C NMR spectroscopy. Conductometric titration and IR spectroscopy were used to illustrate the structure of the hydrazone complexes. Both the structures of the hydrazones and the complexation process play an effective role in the conduction process.

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Elektrische Leitfähigkeit einiger Hydrazone und ihrer binären Komplexe mit Übergangsmetallen

Zusammenfassung Das elektrische Verhalten einiger Hydrazone und ihrer Komplexe mit Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) und Cu(II) wurde im Temperaturbereich von 290 bis 435K untersucht. Die Strukturen der Hydrazone wurden mittels¹H- und¹³C-NMR-Spektroskopie charakterisiert, jene ihrer Komplexe durch konduktometrische Titration und IR-Spektroskopie. Sowohl die Strukturen der Hydrazone als auch der Komplexbildungsvorgang spielen eine wesentliche Rolle beim Leitungsvorgang.

     

二萘嵌苯二酰亚胺衍生物的半导体性质

应用密度泛函理论研究了四种二萘嵌苯二酰亚胺(PDI)(N,N'-二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(1), N,N'-二(3-氯苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(2), N,N'-二(3-氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(3)和N,N'-二(3,3-二氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(4))半导体材料的最高占据轨道和最低未占据轨道能量、离子化能和电子亲和能以及在电荷传导过程中的重组能. 与化合物2-4的最高占据轨道和最低未占据轨道能量变化相同, 在PDI分子外围引入氯苯甲基或氟苯甲基后导致化合物2-4的绝热电子亲和能有不同程度的增加. 应用Marcus电子传导理论, 计算了这四种半导体材料应用于有机场效应晶体管在电子传递过程中的电子耦合和迁移率. 计算结果表明:这四种化合物相对于金属金电极而言具有较小的电子注入势垒, 是优良的n型半导体材料. 计算的这四种半导体材料的电子传输迁移率分别为5.39, 0.59, 0.023和0.17 cm2·V-1·s-1. 通过研究化合物分子在还原过程中几何结构变化和在化合物3晶体中不同类型的电子传递路径, 合理地解释了化合物1-4在有机场效应晶体管电荷迁移过程中具有较高的电子迁移率.     

有机半导体图案化成膜中的马兰戈尼与咖啡环效应协同作用

有机场效应晶体管在柔性传感和显示驱动应用中展示出极大的潜力,但在大面积制备高性能有机薄膜及有机场效应晶体管方面仍面临大的挑战。本文介绍了一种利用等离子处理和马兰戈尼-咖啡环效应协同作用来图案化生长有机半导体薄膜的方法。经过对等离子体处理时间、混合溶剂的比例及溶液浓度等生长条件优化,在5 cm×5 cm的基片上得到了覆盖性较为完整的2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)薄膜阵列。基于此薄膜构筑了底栅顶接触晶体管阵列,器件的平均迁移率达到7.9 cm~2·V~(-1)·s~(-1),阈值电压均小于-2 V,开关电流比大于10~4。本工作对未来大面积制备高性能有机半导体薄膜及晶体管具有一定的借鉴意义。     

STUDY ON STABILITY OF STRUCTURE AND PROPERTIES OF TIOPC/SAN PHOTOCONDUCTIVE COMPOSITES

The influence of the condensed structure of poly(styrene-co-acrylonitrile) (SAN) and traces of tetrahydrofuran(THF) that remained in titanyl phthalocyanine (TiOPc)/SAN films after fabrication on the photoconductive stability ofTiOPc/SAN composites is studied. The results reveal that the existence of traces of THF results in the increase of thephotoconductivity and the charging voltage. The main facors responsible for the unstable photoconductivity of thephotoconductors are believed to be the relaxation of SAN and the slow volatilization of THF.