據北京大學新聞網消息，有機薄膜晶體管具有低成本、輕便、柔性和可用于大面積溶液加工等特點，在邏輯電路，顯示器件和射頻電子標簽等領域具有巨大的潛在應用。與小分子材料相比，聚合物材料具有更好的溶液加工性，更好的機械性能和熱力學穩(wěn)定性。在聚合物電致發(fā)光二極管和體異質結太陽能電池中，對苯撐乙烯 (PPV) 類聚合物是研究最早且最為廣泛的一類高分子材料。然而將PPV應用于聚合物場效應晶體管領域的研究則相對較少，主要原因是目前PPV的衍生物遷移率很低 (10–5~10–2 cm2 V–1 s–1)。
北京大學化學與分子工程學院裴堅教授和王婕妤博士課題組開展了一系列基于新型PPV衍生物的聚合物場效應晶體管材料的結構和性能研究。他們設計合成了一類新的PPV衍生物——基于苯并二呋喃二酮的PPV (benzodifurandione-based PPV)，簡稱BDPPV（其中BD意為：北大），來克服傳統(tǒng)PPV中存在的問題。通過對傳統(tǒng)的PPV聚合物進行一系列結構上的修飾，包括引入吸電子基團降低能級、同時形成氫鍵固定構象以及使用該課題組之前發(fā)展的較遠分叉的烷基側鏈以縮短π-π堆積距離。BDPPV作為場效應晶體管半導體層，在空氣中實現了高達1.1 cm2 V–1 s–1的電子遷移率，比傳統(tǒng)PPV類聚合物高出4個數量級。此類聚合物是第一個在空氣中電子遷移率超過1 cm2 V–1 s–1的聚合物。該工作發(fā)表在美國化學會志上（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12168），并被選為當期的封面文章，這期的刊物以《新的聚合物材料展現了比以前高分子材料傳輸電子快得多的性能》為題重點介紹了他們的研究工作。
他們進一步基于BDOPV母核發(fā)展了給受體型聚合物，并發(fā)現此類聚合物能夠表現出高達1.7 cm2 V–1 s–1的電子遷移率，同時觀察到其暴露在空氣中后表現出雙極傳輸特性，在保持較高電子遷移率（1.45 cm2 V–1 s–1）的同時，空穴遷移率得到了很大的提高，達到0.45 cm2 V–1 s–1。這一研究成果為簡化邏輯電路的制備提供了很好的分子設計思路，相關結果發(fā)表在先進材料雜志上（Adv. Mater. 2013, DOI: 10.1002/adma.201302278）。
基于近幾年的研究結果，他們課題組首次提出了烷基側鏈對有機半導體材料性能的重要影響，并受美國化學會材料化學雜志邀請為Chemistry of Materials 25周年紀念專刊撰寫了綜述文章：Roles of Flexible Chains in Organic Semiconducting Materials (Chem. Mater. 2013, DOI: 10.1021/cm4018776)，該文章被選為當期封面文章之一。他們這一系列開創(chuàng)性的研究工作對于新的有機半導體材料的分子設計和應用具有非常重要的意義。
北京大學化學與分子工程學院博士研究生雷霆是這些論文的第一作者。這些工作得到了科技部、國家自然科學基金委和上海光源的資助。
