柔性傳感器在穿戴智能電子、具身智能、生物醫(yī)學(xué)成像等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。基于共軛高分子光敏材料的有機(jī)光電探測(cè)器(OPDs)具有本征柔性、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。目前,柔性OPDs器件仍面臨探測(cè)性能較低、機(jī)械穩(wěn)定性偏差等問(wèn)題,限制了其實(shí)際應(yīng)用。

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一類新型聚合物給體材料(PBPyT),并深入研究了其分子結(jié)構(gòu)與堆積形貌之間的關(guān)系,從而大幅提升了柔性近紅外OPDs的探測(cè)性能和機(jī)械穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)提出了局域化分子堆積調(diào)控的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念,通過(guò)引入噻二唑并吡啶(PyT)的強(qiáng)吸電子單元,增強(qiáng)了聚合物鏈的分子間相互作用,優(yōu)化了結(jié)晶域,實(shí)現(xiàn)光敏層中的快速電荷傳輸。同時(shí),借助烷基噻吩橋的空間位阻效應(yīng)引起的分子鏈扭曲,誘導(dǎo)局部無(wú)序堆積,形成應(yīng)力耗散位點(diǎn)。研究系統(tǒng)揭示了“分子結(jié)構(gòu)-堆積形貌-器件性能”之間的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制。基于新型聚合物給體PBFPyT的柔性O(shè)PDs器件能夠在制備和運(yùn)行過(guò)程中減少性能損失,具有顯著提升的機(jī)械穩(wěn)定性。

此外,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)烷基側(cè)鏈對(duì)分子間相互作用和分子堆積的調(diào)控機(jī)制,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了具有出色性能和普適性的PBPyT-EH給體,其分子間相互作用顯著提升,誘導(dǎo)光敏層中形成更加有序的π-π堆積形貌,促進(jìn)電荷傳輸?shù)耐瑫r(shí)高效抑制光敏層的缺陷態(tài)密度。基于PBPyT-EH的近紅外OPDs器件獲得了J_d=1.88nA/cm²的暗電流噪聲、R=0.542A/W的光響應(yīng)度,以及D^*=2.2×10¹³Jones的探測(cè)性能。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced?Functional?Materials)、《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。研究工作得到山東省自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接:1、2

PBPyT基聚合物給體的分子間相互作用調(diào)控與器件性能研究

PBFPyT柔性器件的機(jī)械穩(wěn)定性研究