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胡文平研究员:为未来“明星材料”奠定科学基

发布时间:2017-12-04 阅读:

  胡文平研究员:为未来的“明星物质”奠定科学基础 - 新闻 - 科学网

  有机电视,电子纸,有机照明,有机太阳能电池对于普通人来说,有机电子的概念可能是陌生的,但是它的应用已经进入人们的视野,IDTechEx是世界知名的有机电子咨询公司预计有机电子器件在未来20年将占据3000亿美元的市场份额,并成为一个巨大的商业领域。

  在有机电子学中,有机场效应晶体管是最基本的元件之一,也是有机电路的基础和核心。对于化学家来说,如何设计和综合具有优良综合性能的有机场效应材料等科学问题已经成为他们工作的重点,从结构与性能的关系出发。

  多年来,中科院研究人员就场效应晶体管的基本理化问题进行了大量卓有成效的工作,为今后的明星材料的发展奠定了科学基础。今年以来,这些作品获得2016年度国家自然科学二等奖。

  场效应材料的发展

  有机材料被认为是不导电的,已被广泛用作绝缘材料。直到20世纪70年代,美国科学家艾伦J.赫格等人才发现,聚乙炔分子掺杂成良导体,掀起了有机功能材料的革命。

  有机场效应晶体管是有机功能材料的应用之一。像其他场效应晶体管一样,有机场效应晶体管的原理是通过控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流,不同之处在于它利用有机半导体材料作为携载电荷的载流子传输层。增加机动性是科学家在这一领域追求的共同目标。

  自1996年以来,中国科学院胡文平开始从事有机场效应晶体管的研究工作。我们从结构和能量设计分子。胡文平告诉“中国科学”记者。原则上,密排分子有利于快速电荷转移和高迁移率,但是分子间排斥使分子更难封闭。

  通过一系列的研究项目,项目组发现分子二维平面砖状堆积可以有效打破这一矛盾。例如,胡文平等人发现TiOPc分子具有金字塔形结构,可形成良好的二维平面砖状堆积,迁移率高达10 cm2V-1s-1。这是当时最高的机动性和最好的性能场效应材料。

  打开有机微米/纳米电子

  在科学家看来,有机晶体承担着正确评估半导体材料和揭示材料固有性质的使命。然而,由于生长困难,有机晶体难以制造。因此,研究有机半导体的构效关系对有机电子学来说是一个长期的挑战。有机微米纳米晶体的快速增长可以有效克服有机晶体生长的挑战,实现材料的高效表征。

  有机晶体和微纳米器件有机地结合起来,建立和发展新的学科。胡文平指出。多年来,他带领项目组进行了一系列有机微纳米晶体的相关研究。基于分子结构和分子间作用力,项目组发明了物理气相外延等方法,通过控制界面能和晶面能等生长参数,生长出规则的有机微纳米晶体,改善了生长理论。

  同时,研究人员利用微纳米线模板法制备了场效应晶体管,实现了利用有机微纳米晶体有效揭示材料固有性质,构建高性能器件的目标。剑桥皇家学会会员Henness Sirringhaus,剑桥卡文迪什实验室教授,美国工程院院士,斯坦福大学Paul Zhenan教授,Mapu聚合物前所长Klaus Muellen,业内专家对这项工作给予高度评价,指出这是第一款基于有机微纳米技术的场效应晶体管,是目前移动性最高的,最好的单晶体管性能是未来光电集成的关键组成部分,也是继硅基计算机时代之后的希望。

  培养优秀的人才队伍

  胡文平的探索之路并没有停在那里。截至2012年12月,有57种有机半导体材料在非晶硅附近具有流动性,胡文平及其合作者报告说有15种有机半导体。

  但在胡文平看来,场效应晶体管研究的长期收获不仅仅是学术成果。在我们的研究中,我们培养了大量的优秀人才。他指出。例如,项目组学生获得了中科院院长特别奖,许多博士生获得了中国科学院优秀的博士论文,优秀的博士论文和优秀的博士论文。

  目前,胡文平研究小组已有15人成为教授,他们都是我国有机电子研究的骨干和支柱。胡文平说。

关键词: 自然科学