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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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張德清課題組在可圖案化及可修復有機高分子半導體方面取得新進展
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張德清課題組在可圖案化及可修復有機高分子半導體方面取得新進展 發(fā)布時間：2025-05-12【字體： 大 中 小 】【打印】 【關(guān)閉】 有機高分子半導體的高分辨率精確圖案化是構(gòu)建有機電路的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過圖案化可以減少單元器件之間的干擾并提升器件穩(wěn)定性。與此同時，修復特性能夠有效解決有機高分子半導體因超出彈性極限而導致的機械變形、性能衰退問題，從而提升電子設(shè)備的可靠性和耐用性。將可圖案化及可修復兩種功能同時集成到有機高分子半導體中，有利于拓展有機高分子半導體在柔性電子器件中的應(yīng)用前景。 近日，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學研究所有機固體實驗室張德清課題組在前期工作基礎(chǔ)上（Acc. Chem. Res.2024,57, 625；Adv. Mater. 2024,36,2407305;Adv. Mater. 2024,36,2309256;Angew. Chem. Int. Ed. 2021,60,21521.），發(fā)展了兼具可圖案化與可修復兩種功能的有機高分子半導體（圖1）。該策略利用硫辛酸基團的動態(tài)共價二硫鍵，首次實現(xiàn)將光圖案化和熱修復功能成功集成到一種基于吡咯并吡咯二酮的聚合物半導體中。 圖1.（a）側(cè)鏈帶有硫辛酸基團的聚合物半導體（P1-P5）的結(jié)構(gòu)式及硫辛酸基團的開環(huán)聚合反應(yīng)示意圖。（b）通過二硫鍵動態(tài)可逆的斷裂和形成實現(xiàn)交聯(lián)、圖案化和修復過程的示意圖。 研究結(jié)果表明，側(cè)鏈中硫辛酸的引入比例對有機高分子半導體的遷移率有顯著影響。當含有硫辛酸基團的側(cè)鏈與純烷基鏈的重復單元的摩爾比大于1:4時，其遷移率低于不含硫辛酸側(cè)鏈的聚合物PDPP4T（聚吡咯并吡咯二酮-四噻吩）。因此，我們選用含有硫辛酸基團的側(cè)鏈與純烷基鏈的重復單元的摩爾比為1:4的聚合物P3（如圖1），進行圖案化和修復性能的測試。實驗表明，P3薄膜在365 nm紫外光照射下展現(xiàn)出優(yōu)異的光圖案化能力，其靈敏度（S）和對比度（γ）分別達到210 mJ/cm2和1.2。值得注意的是，圖案化過程對薄膜的形態(tài)、分子鏈堆積及電荷傳輸遷移率幾乎沒有影響。此外，劃傷的圖案化薄膜在暴露于氯仿蒸氣并進行后續(xù)熱退火后能夠完全自愈，并且遷移率得以恢復。相比之下，側(cè)鏈中不含硫辛酸基團的PDPP4T薄膜在相同條件下，僅恢復了82.6%的裂痕深度和54.5%的遷移率。這些結(jié)果證明，通過在聚合物側(cè)鏈中引入硫辛酸基團，是構(gòu)建多功能有機高分子半導體的有效途徑，并為光刻兼容、自修復的智能柔性器件構(gòu)筑提供了新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed.2025,64,e202425172.)上。文章的第一作者為薛香博士，通訊作者為張德清研究員和李誠副研究員。 有機固體實驗室 2025年5月12日 |
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