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 日前，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院揭建勝教授團(tuán)隊發(fā)展了一種在聚合物絕緣層上有序陣列化組裝有機半導(dǎo)體單晶材料的普適性策略——極性表面限域結(jié)晶法，制備出了具有單一結(jié)晶取向的有機單晶陣列，并將其應(yīng)用于柔性場效應(yīng)晶體管，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater.）上。

有機半導(dǎo)體單晶由于其優(yōu)異的載流子傳輸特性以及較長的激子擴(kuò)散長度，被認(rèn)為是一類高性能的有機光電材料，在有機場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、有機光伏以及光電探測器方面具有重要的應(yīng)用前景。發(fā)展針對于有機半導(dǎo)體單晶材料的圖案化陣列組裝策略，不僅可以滿足實際器件應(yīng)用的需求，而且可提高遷移率，減小器件與器件間性能的波動幅度。但是，目前報道的組裝方法都是建立在傳統(tǒng)二氧化硅等硬質(zhì)介電層的基礎(chǔ)之上，不利于有機單晶材料在柔性器件中的應(yīng)用。因此如何在柔性聚合物絕緣層上實現(xiàn)有機半導(dǎo)體單晶材料圖案化陣列組裝，進(jìn)而實現(xiàn)大面積、高性能、柔性器件仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。

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針對這一問題，該課題組利用氧等離子體對聚合物絕緣層的表面改性作用，結(jié)合光刻技術(shù)在聚合物PVP表面構(gòu)筑了具有周期性的強極性微區(qū)域。第一性原理計算以及分子成核理論表明強極性的PVP表面與有機分子間具有更大的相互作用力，可有效地減少晶體成核勢壘，因此有機分子會優(yōu)先選擇性地在氧等離子處理過的PVP區(qū)域聚集成核生長。同時，微尺度強極性區(qū)的幾何限域效應(yīng)阻止了分子堆積取向的偏離，這保證了最終獲得的有機單晶具有均勻的形貌和單一的結(jié)晶取向。以該方法得到的C8-BTBT單晶陣列所構(gòu)筑的柔性場效應(yīng)晶體管，相比基于其多晶薄膜的柔性器件，表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的遷移率。該工作為在聚合物絕緣層上組裝有機半導(dǎo)體單晶材料提供了新思路，為高性能柔性、可穿戴器件的發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。

以上工作得到了國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃，國家基金委創(chuàng)新研究群體以及國家重大研究計劃項目的資助。