《金属有机半导体的结构设计、性能调控与光电应用》

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该项目属于电子信息科学中的半导体材料前沿学科方向。最近二十多年,有机光电子在显示、存储、传感、光伏等方向取得了显著进展,成为国际研究热点。有机半导体的研究是推动该领域发展的关键。传统纯有机半导体难以利用三重激发态,金属有机半导体在金属原子旋轨耦合作用下,突破了这一局限,可同时利用单重态和三重态激发态。同时,金属中心丰富的电子组态使其具有优异的电学性质。该项目围绕金属有机半导体的高性能化与多功能化,在结构设计、性能调控、光电应用方面获得了创新性研究成果。主要科学发现如下:

1、提出高性能金属有机半导体结构设计新原理,提高有机发光二极管效率。金属有机半导体易聚集发光猝灭、载流子注入及传输不平衡等问题大大影响器件性能。该项目提出位阻功能化和高分子化新策略,显著提高了固态磷光效率,制备了高效、可印刷加工磷光材料;提出了p-n金属有机半导体设计策略,平衡载流子注入与传输,制备的铕配合物发光器件性能达到同期国际最高水平;提出动态自适应设计原理,实现主体材料电性能的智能动态调控,获得了同期低电压驱动的磷光蓝光器件最优结果之一(外量子效率>16%)。

2、发展智能响应型金属有机半导体,实现高密度和高安全性信息存储。该项目提出可印刷加工的二阶和三阶金属聚合物信息存储半导体的设计新策略,制备了高稳定电存储器,率先研制了基于单一聚合物的三阶信息存储器,为发展可印刷加工的超高密度信息存储提供了有效途径;发现电场诱导金属有机半导体磷光变色现象,提出智能响应型有机信息存储的设计原理;利用磷光寿命长的特点,通过时间分辨光学成像,发展了具有安全保护功能的信息存储技术,开辟了有机信息存储领域的研究新方向。

3、利用长寿命三重激发态,通过时间分辨光学技术提高生物信息传感信噪比。在国际上较早开展了长寿命磷光材料在生物传感中的应用研究,发展了针对体内疾病相关重要标志物的磷光生物传感体系;提出以金属聚合物半导体发光寿命为分析信号,实现了分析物变化过程的准确监控,并通过时间分辨光学技术,获得高信噪比、高可信度的检测结果,成功解决了“生物背景荧光干扰导致检测信噪比低”这一领域难题。

该项目历时十余年,发表SCI论文115篇。8篇代表性论文发表在国际权威期刊Nat Commun、Adv Mater、Angew Chem Int Ed、Adv Funct Mater、J Phys Chem B上,3篇入选ESI高被引论文,1篇入选ESI热点论文,被诺贝尔奖得主、美国科学院/工程院院士和欧洲科学院院士等同行在SCI期刊上他引738次,单篇最高他引281次。授权中国发明专利16件。受邀在Chem Soc Rev、Prog Polym Sci等顶级期刊发表综述。出版专著《有机电子学》(科学出版社),参编英文专著2部。第一完成人任Adv Mater、Prog Polym Sci、npj Flexible Electronics等国际知名期刊主编、编委或顾问编委。在国内外学术会议上作邀请报告100余次,承办学术会议20余次。主要成果获2016年教育部自然科学一等奖。

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