【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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。近年來，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)點受到廣泛關注。但受限于光敏層材料體系的發(fā)展，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。
 

　　針對上述問題，青島能源所先進有機功能材料與器件研究組發(fā)展了一類新型聚合物給體材料(PBPyT)，并深入研究了分子結構與堆積形貌之間的關系，從而大幅提升柔性近紅外有機光電探測器的探測性能和機械穩(wěn)定性。
 

圖1 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
 

　　具體而言，為提高光敏層薄膜的本征柔性和OPDs器件的探測性能，研究團隊提出了局域化分子堆積調(diào)控的分子結構設計理念，并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(xiàn)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。系統(tǒng)揭示了“分子結構-堆積形貌-器件性能”之間的關鍵調(diào)控機制?；谛滦途酆衔锝o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。另外，通過烷基側鏈對分子間相互作用和分子堆積的調(diào)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(PBPyT系列材料的一種)，其顯著提升的分子間相互作用，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?shù)耐瑫r高效抑制光敏層的缺陷態(tài)密度。
 

　　最終，基于PBPyT-EH的近紅外OPDs器件獲得了超低的暗電流噪聲(Jd = 1.88 nA/cm2)、出色的光響應度(R = 0.542 A/W)，以及優(yōu)異的探測性能(D* = 2.2×1013 Jones)，是目前已報道的最高器件之一，將有助于推動OPDs的應用發(fā)展。
 

圖2 PBFPyT柔性器件的機械穩(wěn)定性研究
 

　　相關研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal期刊上，第一作者為博士生劉銅。上述工作得到褚君浩院士的悉心指導，以及山東省自然科學基金、青島市自然科學基金和山東能源研究院專項資金項目的支持。