苏州大学研发极性表面限域结晶法 助力可穿戴器件发展

6月27日，记者了解到，苏州大学功能纳米与软物质研究院揭建胜教授团队发展了一种在聚合物绝缘层上有序阵列化组装有机半导体单晶材料的普适性策略——极性表面限域结晶法，制备出了具有单一结晶取向的有机单晶阵列，并将其应用于柔性场效应晶体管，相关成果发表在《先进功能材料》（Adv. Funct. Mater.）上。

有机半导体单晶由于其优异的载流子传输特性以及较长的激子扩散长度，被认为是一类高性能的有机光电材料，在有机场效应晶体管、发光二极管、有机光伏以及光电探测器方面具有重要的应用前景。发展针对于有机半导体单晶材料的图案化阵列组装策略，不仅可以满足实际器件应用的需求，而且可提高迁移率，减小器件与器件间性能的波动幅度。但是，目前报道的组装方法都是建立在传统二氧化硅等硬质介电层的基础之上，不利于有机单晶材料在柔性器件中的应用。因此如何在柔性聚合物绝缘层上实现有机半导体单晶材料图案化阵列组装，进而实现大面积、高性能、柔性器件仍然面临很大的挑战。

针对这一问题，该课题组利用氧等离子体对聚合物绝缘层的表面改性作用，结合光刻技术在聚合物PVP表面构筑了具有周期性的强极性微区域。第一性原理计算以及分子成核理论表明强极性的PVP表面与有机分子间具有更大的相互作用力，可有效地减少晶体成核势垒，因此有机分子会优先选择性地在氧等离子处理过的PVP区域聚集成核生长。同时，微尺度强极性区的几何限域效应阻止了分子堆积取向的偏离，这保证了最终获得的有机单晶具有均匀的形貌和单一的结晶取向。以该方法得到的C8-BTBT单晶阵列所构筑的柔性场效应晶体管，相比基于其多晶薄膜的柔性器件，表现出了更加优异的迁移率。该工作为在聚合物绝缘层上组装有机半导体单晶材料提供了新思路，为高性能柔性、可穿戴器件的发展奠定了材料基础。

以上工作得到了国家优秀青年科学基金，国家重点研发计划，国家基金委创新研究群体以及国家重大研究计划项目的资助。