刘云圻课题组在本征柔性光电功能OFET器件研究方面取得系列进展

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有机场效应晶体管（OFET）作为柔性有机电子电路的基本单元，在柔性、低成本的可穿戴电子应用方面展现了巨大的应用前景。
　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所有机固体实验室郭云龙研究员和刘云圻院士团队与天津大学合作，将有机染料分子与双极性FET器件的传输模式相融合，构筑了免滤光片、高度选择性地将近红外光转换为非挥发电导记忆行为的超薄（800 nm）光传感器（Adv. Mater. 2017, 29, 1701772)。提出了一种光触发的有机神经形态器件，可通过电化学掺杂和铁电的OFET开关分别产生短期和长期记忆，并用一个阈值切换突触进行信号读出，实现了色彩感知功能（Adv. Mater. 2018, 30, 1803961)。进一步，他们与中国农业大学以及上海交通大学合作，通过在石墨烯界面上修饰手性酶分子，利用其对不同手性农药分子的响应差异，实现了高灵敏的无线传感检测（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14643）。系统总结了超薄柔性OFET传感器在未来大数据互联以及物联网方面的潜在应用（Adv. Mater. 2020, 32, 1901493）。

图1. a）蠕虫状的钙钛矿量子点与本征拉伸FET分子异质结构及器件结构；b）本征柔性拉伸器件的X-ray探测，c）在UV光条件下，本征柔性拉伸器件的性能与拉伸性之间的关系；d）器件拉伸的透明性测试；e）多种结构拉伸测试以及性能；f）复杂曲面上，UV光探测器的性能测试。  

　　具有本征柔性的皮肤电子器件是聚合物电子器件研究的前沿，科学家们将弹性体聚合物与半导体聚合物的复合实现了本征柔性拉伸电子器件，但是弹性体的包覆作用也极大的限制了该类器件功能的拓展。因此，如何开发具有本征柔性可拉伸的光电子皮肤是非常具有挑战性的工作。最近，他们在前期本征拉伸器件界面调控，降低FET器件关态电流以及提高稳定性的基础上（Giant, 2021, 7,100060），通过设计蠕虫状组装的钙钛矿量子点，构筑本征拉伸聚合物半导体异质薄膜，首次获得了高光敏感度和耐极端机械变形性的本征可拉伸光晶体管。该器件对高能光子展现了高灵敏的传感特性，例如对X-ray探测极限仅为79 nGy s-1，比医用胸透X-ray剂量低560倍。对紫外光探测展现出更强的敏感度，甚至在超弱光强50 nW/cm2 (检测极限，LOD≈ 0.1 nW/cm2）也显示出明显的光响应（图1）。该工作为具有本征柔性且可贴附式、高灵敏光电子皮肤的研究奠定了基础。相关研究成果发表在最近的Adv. Mater. 上（2021, DOI: 10.1002/adma.202107304），该论文第一作者为博士生刘凯，通讯作者为郭云龙研究员。


          文章来源：化学所
        刘云圻研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士。物理化学家，1949年2月生于江苏省靖江市。 1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文500余篇(其中130余篇发表在影响因子大于10的期刊上)，他人引用2万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著一部及19章节，在国内外学术会议上做大会/邀请报告100余次。2007，2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014, 2015和2016年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。现为科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等6种期刊的编委/顾问委员会成员。
        郭云龙，中国科学院化学研究所有机固体实验室研究员。北京市科技新星（2018）；中国科学院青年创新促进会（2012）；中国科学院优秀博士学位论文（2011）；中国科学院院长优秀奖（2010）目前发表Adv. Mater.;JACS等论文132篇，引用大于6700次。2017年应邀为Adv. Electron. Mater.国际编委会成员。