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科研进展当前位置: 北京大学化学与分子工程学院科研进展正文
标 题:裴坚教授课题组在聚合物场效应晶体管的研究中取得系列进展
发布时间:2013-01-03 阅读次数:22065
有机薄膜晶体管具有低成本、轻便、柔性和可用于大面积溶液加工等特点,在逻辑电路,显示器件和射频电子标签等领域具有巨大的潜在应用。比起小分子材料,聚合物材料具有更好的溶液加工性,更好的机械性能和热力学稳定性。传统聚合物场效应晶体管的研究主要集中在噻吩类聚合物,但是该类聚合物迁移率较低,并且在空气中稳定性差,很难满足进一步的商业化要求。另一方面,聚合物材料中结构和性能关系的研究还很不成熟,进一步阻碍了该领域的发展。


北京大学化学与分子工程学院裴坚教授课题组开展了异靛青类分子聚合物场效应晶体管材料结构和性能的研究。他们首先将异靛青这一染料分子应用于聚合物场效应晶体管领域。研究发现该类聚合物具有低的HOMO能级,因而表现出了很好的空气稳定性,并可在湿度高达60%的空气中稳定长达6个月之久(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6099)。基于这一成果,他们设计合成了十多种该类聚合物材料,并利用上海同步辐射衍射光束站开展了深入的结构和性能的研究。研究发现聚合物片段的对称性和最终聚合物骨架的构象具有密切的关系,并且极大地影响着聚合物的有序排列,从而影响聚合物材料的迁移率。该研究工作以全文形式发表于材料化学上(Chem. Mater. 2012, 24, 1762)。
烷基链传统上仅被用来改善材料的溶解度,但是该课题组随后的研究表明烷基链的设计对聚合物迁移率具有很大的影响。他们首次研究了烷基链分叉位置的影响,发现随着分叉位置远离聚合物的主干,π-π堆积距离会逐渐变小,当距离为三个亚甲基时达到了最大迁移率3.62 cm2 V-1 s-1。这一研究揭示了烷基链对共轭材料性能的影响,对聚合物材料的设计具有十分重要的意义(Adv. Mater. 2012, 24, 6451)。
该课题组进一步通过化学修饰异靛青骨架,引入氟原子降低聚合物材料的LUMO能级,成功实现了空气稳定的高效率空穴和电子双极传输。这一研究成果为简化逻辑电路设计,降低成本提供了条件,并给其他空气稳定的电子传输材料提供了很好的分子结构设计思路(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20025),实现高效率的空气稳定的电子传输,解决了目前聚合物场效应晶体管领域研究的关键问题。
相关工作得到了科技部、国家自然科学基金委和上海光源的资助。

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关键词:进展 课题 聚合 系列 研究 
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