【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(xué)成像等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，基于共軛高分子光敏材料的有機(jī)光電探測(cè)器(OPDs)具有本征柔性、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但受限于光敏層材料體系的發(fā)展，目前柔性O(shè)PDs器件仍面臨探測(cè)性能較低、機(jī)械穩(wěn)定性偏差等問題，限制了其實(shí)際應(yīng)用。
 

　　針對(duì)上述問題，青島能源所先進(jìn)有機(jī)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(jié)構(gòu)與堆積形貌之間的關(guān)系，從而大幅提升柔性近紅外有機(jī)光電探測(cè)器的探測(cè)性能和機(jī)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(cè)性能，研究團(tuán)隊(duì)提出了局域化分子堆積調(diào)控的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，并通過(guò)引入噻二唑并吡啶(PyT)的強(qiáng)吸電子單元增強(qiáng)了聚合物鏈的分子間相互作用、優(yōu)化了結(jié)晶域，實(shí)現(xiàn)光敏層中的快速電荷傳輸。同時(shí)，借助烷基噻吩橋的空間位阻效應(yīng)引起的分子鏈扭曲，誘導(dǎo)局部無(wú)序堆積，形成應(yīng)力耗散位點(diǎn)。系統(tǒng)揭示了“分子結(jié)構(gòu)-堆積形貌-器件性能”之間的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制?；谛滦途酆衔锝o體PBFPyT的柔性O(shè)PDs器件能夠在制備和運(yùn)行過(guò)程中減少性能損失，具有顯著提升的機(jī)械穩(wěn)定性。另外，通過(guò)烷基側(cè)鏈對(duì)分子間相互作用和分子堆積的調(diào)控機(jī)制，進(jìn)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(dǎo)光敏層中形成更加有序的π-π堆積形貌，促進(jìn)電荷傳輸?shù)耐瑫r(shí)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(yīng)度(R = 0.542 A/W)，以及優(yōu)異的探測(cè)性能(D* = 2.2×1013 Jones)，是目前已報(bào)道的最高器件之一，將有助于推動(dòng)OPDs的應(yīng)用發(fā)展。
 

圖2 PBFPyT柔性器件的機(jī)械穩(wěn)定性研究
 

　　相關(guān)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(dǎo)，以及山東省自然科學(xué)基金、青島市自然科學(xué)基金和山東能源研究院專項(xiàng)資金項(xiàng)目的支持。