有机/聚合物π半导体的四元设计原理

从物质结构的角度来看,有机/聚合物半导体是以组合π-轨道为主要电荷载流子输运通道的分子凝聚态固体.其化学本质是π系统,可以通过π-轨道的分子工程技术来巧妙地合成.本文以自己课题组的工作为主线,从物理有机化学的角度,阐述了有机/聚合物半导体设计的基本四要素,即电子结构、空间位阻、构象与拓扑以及超分子弱作用.同时,总结了四个单元要素在有机/聚合物半导体设计方面的研究进展,并展望了四元设计正成为科学家的一种重要思维模式.     

四硫代富瓦烯衍生物的合成和表征

通过4-二甲氨基吡啶(DMAP)、二环己基碳二亚胺(DCC)催化体系的酯化反应和三乙基磷酸酯的耦合反应得到四硫代富瓦烯衍生物,通过核磁、质谱、红外等手段对所合成的四硫代富瓦烯的衍生物进行了纯度和结构的确认,使用偏光显微镜,差示扫描量热仪等,对其热力学性能和液晶性能进行了表征,证明它是一种室温液晶分子,对它进行了化学氧化实验,研究了四硫代富瓦烯衍生物的氧化还原性质.     

高迁移率有机薄膜晶体管材料进展

对近几年来高迁移率有机薄膜晶体管材料研究的主要发展作了简要介绍和评述,讨论了高迁移率有机半导体材料存在的问题和发展方向．     

有机材料激子发光的温度特性

基于实验和理论模拟研究了12~320 K温度范围内八羟基喹啉铝[tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum,Alq]和一种高效红光染料甲基2叔丁基6(1,1,7,7四甲基久咯呢定基9烯基)4H 1吡喃[4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran,DCJTB]的光致发光(photoluminescence,PL)随温度的变化,提出三种不同电荷分离程度的激子参与的Alq的稳态光致发光过程,通过拟合参量得到了三种激子的能量差值和辐射复合几率之比,观察并解释了DCJTB发光光谱从200 K以下到室温的升温过程中发生的蓝移。认为变温光致发光有可能用于评估材料的发光和导电性能,比较并讨论了有机和无机发光材料激子发光的温度特性,认为低温下小分子发光材料倾向于分子态,随温度升高逐渐向半导体态转变,Alq在150~190K之间开始发生这种转变,而DCJTB则从300~320 K开始。     

溶剂蒸汽退火辅助微距升华法制备C8-BTBT单晶

有机半导体单晶由于具有内部长程有序的分子排列结构、缺陷及晶界少等优点,表现出优异的光电性能,是实现有机半导体器件实用化的一种重要材料。目前,研究者们已经发展出多种可应用于有机单晶的生长方法,其中,微距升华法是一种可以在大气环境下采用蒸镀的方式制备有机微/纳单晶的方法。然而,当将这种方法应用于C8-BTBT时发现,由于分子的熔点较低,蒸镀得到的是分子直接从液态凝固为无定形/多晶的结构。在本工作中,通过使用溶剂蒸汽退火的方式对其进行后处理,成功地将这种无定形/多晶结构转化为分立的单晶。为了表征所得到的晶体形貌和结构,分别使用光学显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等仪器对其进行了表征,发现所制备的晶体结构具备单晶的典型特征。     

利用界面调控制备二维有机半导体晶体及其机制研究

二维有机半导体晶体是利用分子间的范德瓦耳斯力进行自组装生长的单晶材料。本质上的单晶属性使其具备优异的电学特性。更重要的是,二维极限下增强的界面特性能够大幅调控器件行为,为构建多功能界面器件提供可能。此外,充分暴露的电荷输运沟道和极少的晶面内缺陷能够为研究本征的有机电子输运特性创造可能。目前,对于二维有机半导体晶体的生长工艺研究已经取得了较大的进展,但是从理论层面上研究二维晶体生长的自组装过程仍然十分匮乏。本工作利用添加剂辅助结晶技术成功制备出二维有机半导体晶体,并通过偏光显微镜和原子力显微镜对二维晶体进行了全面的表面形貌和结构表征。通过SEM结合EDS技术对关键的形核界面进行了结构和组成的表征以研究晶体生长的机制。研究结果表明:在添加剂界面上,生长材料能够稳定形核,并计算出添加剂构建的有利界面能够将形核势垒降低为SiO₂界面上的1/5。这项工作充分展现了生长界面对于晶体生长的关键作用,并从理论上揭示了界面的调控行为,为二维有机半导体晶体的生长工艺设计提供了可靠的思路。     

双功能电极改善有机发光器件效率滚降的研究

针对磷光器件存在严重的效率滚降,进而制约有机电致发光器件的实用化进程的问题,提出采用超声喷涂Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)Polystyrene Sulfonate(PEDOT:PSS)作为透明电极,制备了红、绿、蓝三色有机电致发光器件.利用超声喷涂工艺材料利用率高的特点,起绝缘作用的水溶性PSS分子链在PEDOT:PSS透明电极中得到保留,使该透明电极具有空穴缓冲作用.这种双功能性,提高了器件在高电流密度下的载流子平衡性,降低了红、绿、蓝三色发光层中的极化子浓度,改善了红、绿、蓝三色器件的效率滚降问题,从最高外量子效率所在亮度到10000cd/m^2的电流效率滚降分别仅为14.9%、12.4%和16.0%.该结果表明,双功能性电极的引入显著改善了有机电致发光器件中载流子平衡性,具有降低三基色器件效率滚降的普适性,对实现高亮度、高效率发光器件具有重要意义.     

结晶性有机半导体异质结器件

今天几乎所有重要的半导体器件的工作原理都与异质结和肖特基结有关,比较完整地理解和运用异质结和肖特基结是通过了长达半个世纪的持续努力.近20年有机异质结构已经被广泛的应用到有机电子器件中,包括有机发光二极管、有机光伏电池和有机场效应晶体管.然而,目前却缺少对有机异质结效应的认识.因此,完整认识有机异质结并运用它来发展有机半导体材料与器件是我们面临的机遇和挑战.本文首先阐述了我们对结晶性有机半导体异质结效应的理解,然后给出了有机异质结在半导体器件中的应用,重点介绍了我们近年来在运用有机异质结发展高功能电子器件方面的探索工作和初步认识.有机异质结在高性能场效应晶体管、改善金属有机接触和叠层器件中连接单元等方面均有所应用.有机异质结具有丰富的类型,充分利用有机异质结的特征,将为发展适合有机半导体材料、新功能器件和高级功能器件提供了新的视角和途径.     

有机单晶场效应晶体管

有机单晶场效应晶体管的研究对于探索电子的本质特性具有十分重要的意义.近几年来,不管是在制备技术还是在器件性能的研究方面,有机单晶场效应晶体管均取得了很大的进步,并由此引起了社会的广泛关注,成为场效应晶体管领域的一个重要研究方向.本文主要介绍了有机单晶的生长方法、有机场效应器件的各种制备技术、器件的迁移率及其影响因素,并对有机单晶场效应晶体管的发展前景和面临的一些问题作了简要的讨论.     

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。