先導專項成果③｜有機半導體：從新分子邁向傳感器

2020-12-13 中國科學報

作者 |李丹 甘曉

2014年起，中國科學院啟動戰略性先導科技專項（B類）「功能pi(π)-體系的分子工程」（以下簡稱「先導專項」）。

在先導專項支持的5年工作裡，由中國科學院院士朱道本、萬立駿擔任首席科學家，來自中國科學院化學研究所、長春應用化學研究所、上海有機化學研究所以及微電子研究所等多家單位的科研人員通力合作，產生一批原創性的具有世界領先水平的創新成果。

從12月10日起，《中國科學報》盤點該項目支持下，科學家在6個不同領域取得的成果。

領域一| 有機熱電材料：未來綠色能源新翹楚

領域二| 石墨炔：開闢碳材料新世界

領域三

有機半導體：從新分子邁向傳感器

半導體是人們熟悉的材料。

綴以「有機」二字，便意味著令人期待的未來：超靈敏壓力感測器、高精度紅外光傳感器、人工智慧元件器將成為可能。

有機半導體指的是具有半導體性質的一類有機材料。

和傳統半導體相比，有機半導體材料具有原料易得、廉價、重量輕、製備工藝簡單、環境穩定性好以及可製作成大面積柔性器件等優點。

在中國科學院戰略性先導科技專項（B類）「功能pi(π)-體系的分子工程」支持下，一支專門從事有機半導體研究的科研隊伍組建起來。

他們不僅創造出多種多樣的有機半導體分子，還開發出多種有機場效應電晶體傳感器。

國際評估專家表示：「這些工作代表了當前最先進的水平，所發展的n型材料是世界上最好的。」

中科院化學所所長張德清介紹，科研團隊在d—π共軛及單層共價有機框架（sCOF）方面開展了國際上有特色的研究。

例如，一種新合成的二維納米片薄膜，具有已知配位聚合物中最高的電導率，並在可見光區顯示出良好的透光率，在透明電極領域顯示出強大的應用潛力；

一種自支撐二維COF薄膜因具有均勻的形貌、大面積、一定範圍內可控厚度以及一定取向的結晶性，有望成為高性能半導體材料。

「高載流子遷移率的有機/聚合物半導體的設計和製備使得我們能夠進一步研究多功能有機場效應電晶體（OFET），尤其是傳感和智能設備。」張德清指出。

用有機半導體實現高靈敏度傳感

例如，新型的柔性浮柵OFET（SGOFET）實現了超靈敏的壓力感測，有望應用於可穿戴醫療設備和壓力測繪技術。一種無需濾光片的視網膜型近紅外光傳感器具有敏銳的顏色區分能力。

此外，研究人員製備了一種模仿生物突觸的OFET，並首次集成了壓力傳感器和突觸式OFET，在人工智慧元件中顯示出廣闊的應用前景。

總之，在先導專項支持下，科研人員基於化學傳感器、壓力傳感器、光電探測器甚至各種感知系統的OFET取得了較大進展。

「未來，在科學界和產業界的共同努力下，有機場效應電晶體能夠在醫療保健和人工智慧系統中得到廣泛應用。」張德清期待。

編輯 | 趙路 宗華

排版 | 志海 郭剛

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