柔性傳感器在穿戴智能電子、具身智能、生物醫(yī)學成像等眾多領域具有廣闊的應用前景。基于共軛高分子光敏材料的有機光電探測器(OPDs)具有本征柔性、成本低、功耗低等優(yōu)點,近年來受到廣泛關注。目前,柔性OPDs器件仍面臨探測性能較低、機械穩(wěn)定性偏差等問題,限制了其實際應用。

中國科學院青島生物能源與過程研究所團隊發(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構與堆積形貌之間的關系,從而大幅提升了柔性近紅外OPDs的探測性能和機械穩(wěn)定性。

研究團隊提出了局域化分子堆積調控的分子結構設計理念,通過引入噻二唑并吡啶(PyT)的強吸電子單元,增強了聚合物鏈的分子間相互作用,優(yōu)化了結晶域,實現光敏層中的快速電荷傳輸。同時,借助烷基噻吩橋的空間位阻效應引起的分子鏈扭曲,誘導局部無序堆積,形成應力耗散位點。研究系統(tǒng)揭示了“分子結構-堆積形貌-器件性能”之間的關鍵調控機制。基于新型聚合物給體PBFPyT的柔性OPDs器件能夠在制備和運行過程中減少性能損失,具有顯著提升的機械穩(wěn)定性。

此外,研究團隊通過烷基側鏈對分子間相互作用和分子堆積的調控機制,進一步開發(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,誘導光敏層中形成更加有序的π-π堆積形貌,促進電荷傳輸的同時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的光響應度,以及D^*=2.2×10¹³Jones的探測性能。

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

論文鏈接:1、2

PBPyT基聚合物給體的分子間相互作用調控與器件性能研究

PBFPyT柔性器件的機械穩(wěn)定性研究