文/房琳琳

有機(jī)材料可構(gòu)建“電子高速公路”

文/房琳琳

美國佛蒙特大學(xué)（UVM）物理學(xué)家和材料學(xué)家馬達(dá)里那·福瑞斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)日前稱，他們研究出一種新方法，能在低成本的有機(jī)材料中構(gòu)建“電子高速公路”，增強(qiáng)太陽能電池板和柔性電子產(chǎn)品的導(dǎo)電性。這將有助尋找替代傳統(tǒng)以硅為基礎(chǔ)的電子元器件材料。

研究人員發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》雜志上的論文稱， 鑒于讓電子在有機(jī)材料中快速流動這樣的基礎(chǔ)科學(xué)問題仍未得到根本性解決，他們利用新方法，在被稱為酞菁的低成本藍(lán)色染料中建造一條“電子高速公路”，進(jìn)而使電子在有機(jī)半導(dǎo)體中流動的速度更快、距離更遠(yuǎn)。

目前，很多柔性電子設(shè)備會依賴于有機(jī)材料的超薄涂層來獲取陽光，并利用名為“激子”的激發(fā)態(tài)材料將之轉(zhuǎn)化為電流。一般來講，激子是一種流離失所的電子，它們與留在后面的孔洞綁定在一起。這些激子可以在分解產(chǎn)生電流之前增加擴(kuò)散距離，這對于增強(qiáng)有機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)電效率至關(guān)重要。

福瑞斯團(tuán)隊(duì)使用一種新型的成像技術(shù)，在酞菁薄膜的晶體邊界中觀察到納米尺度上的缺陷，正是這些缺陷成為電子高速公路的障礙。福瑞斯說：“我們發(fā)現(xiàn)有很多‘山丘’和‘坑洞’需要電子去翻越或躲避?！?/p>

為了找到這些缺陷，UVM團(tuán)隊(duì)獲得美國國家科學(xué)基金會的支持后，創(chuàng)建了一種桌子大小的激光掃描望遠(yuǎn)鏡，它能探測酞菁晶體的分子結(jié)構(gòu)，允許科學(xué)家深入了解分子排布和邊界對激子運(yùn)動的影響。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，正是這些晶體邊界造成了激子擴(kuò)散的屏障。這種能量障礙完全能被消除，關(guān)鍵是要非常謹(jǐn)慎地用一種空心毛細(xì)管，并以類似“毛筆書寫”那樣的技術(shù)來控制超薄涂層，才能讓激子快速而有效通過障礙。

雖然發(fā)表的成果只關(guān)注了有機(jī)材料酞菁，但新研究提供了探索增強(qiáng)其他有機(jī)材料導(dǎo)電性的強(qiáng)有力的新方法。