客服熱線：
手機版
黃維院士團隊：以金屬有機半導體研究創造“光電神話”
金屬有機半導體可以說是一種“一材多用”的材料，具有非常優異的光電性能，不過目前研究的金屬有機半導體大都含有銥、鉑等貴金屬原子，未來有可能發展基于廉價金屬且同樣具有優異光電性能的新一代金屬有機半導體，實現它們在光電子器件中的應用。
在最近的熱播劇《都挺好》中，男主角蘇大強初次到女兒家時，便被可以升降的電視迷住了，拿著遙控器把玩了很久才放下。實際上，這臺可以升降的電視并沒有什么稀奇，只不過是安裝了一個電動升降支架。
同樣是可以升降的電視，今年年初亮相國際消費類電子產品展覽會的LG Signature OLED TV R則頗為不同，因為它的升降依靠的完全是其自身——屏幕卷曲。
“它利用的是 OLED （有機發光二極管）顯示屏可以卷曲的特性。”中國科學院院士、西北工業大學常務副校長黃維向筆者解釋道，卷屏電視的問世，就是在有機發光二極管效率大幅提高的基礎上，將作為一種柔性材料的金屬有機半導體的撓曲式大面積優勢應用到實際生活中的一個具體案例。
而憑借著對金屬有機半導體的創新性、系統性研究，黃維率領團隊完成的“金屬有機半導體的結構設計、性能調控與光電應用”成果，獲得了2018年度國家自然科學獎二等獎。
三種光電信息技術
據黃維介紹，該項目屬于電子信息科學中的半導體材料前沿學科方向，研究成果主要體現在三個方面：提高了有機發光二極管效率、實現了高密度和高安全性信息存儲和提高了生物信息傳感信噪比。實際上，這三個方面的成果對應的就是現實生活中的三種光電信息技術，分別是信息顯示技術、信息存儲技術和信息傳感技術。
“有機發光顯示就是大家熟悉的OLED技術。OLED由于具有自發光、高對比度、可實現柔性顯示等諸多優勢，被公認為是極具競爭力和廣闊應用前景的新一代顯示技術。”黃維說，在研究之初，作為OLED基本器件單元的有機發光二極管電能轉化成光能的效率很低，無法使其走出實驗室，這成為學術界和工業界共同面臨的難題。
經過多年研究，黃維團隊提出了“位阻功能化和高分子化策略”“p-n金屬有機半導體設計策略”以及“動態自適應設計原理”，設計了高性能金屬有機半導體，使OLED顯示屏電光轉化效率得到顯著提升，而且在材料結構不斷優化的同時，其制備成本也不斷降低，“有望突破有機發光二極管的性能瓶頸，進一步加快OLED顯示技術的全面市場化”。
另外，研究團隊還致力于推動金屬有機半導體的多功能化，發展智能響應型金屬有機半導體，實現了高密度和高安全性信息存儲。
“傳統的存儲技術受到摩爾定律和材料功能單一的限制，存儲密度很難再進一步提升。”團隊成員、南京郵電大學教授趙強告訴筆者，研究團隊經過10多年的研究發現，有機半導體會在外界物理刺激下產生電學或光學信號的“智能響應”行為，“比如，給它加個電場，其分子材料的電學性質和光學性質就會發生顯著變化，這種特性可以用于高密度和高安全性的信息存儲”。
因此，基于這種“智能響應性”，研究團隊提出了可印刷加工的二階和三階金屬聚合物信息存儲半導體的設計新策略，制備了高穩定電存儲器，率先研制了基于單一聚合物的三階信息存儲器，為實現高密度和高安全性信息存儲提供了有效途徑。
此外，在生物醫學光學檢測與成像研究中，生物樣品大量內源性熒光物質在激發光作用下會產生背景熒光，造成嚴重信號干擾，使得檢測信噪比、靈敏度和準確度都大幅度下降。針對這一情況，研究團隊利用金屬有機半導體磷光發光“壽命長”這一特點，通過時間分辨光學技術，將其與短壽命背景干擾熒光相區分，顯著提高了檢測信噪比和靈敏度。
據趙強介紹，他們是國際上最早開展這方面研究的團隊之一，近期在國際頂級期刊《化學評論》上發表了相關綜述文章，總結了他們多年來的研究成果。
據了解，黃維團隊的研究成果還被諾貝爾獎得主、美國科學院/工程院院士等國際同行廣泛引用、高度評價。他領銜的研究團隊是國際上最早涉足“有機光電子”研究的團隊之一，很多研究成果在國際上處于領先水平。
“我們已經與國內的多家大型顯示技術公司，如京東方等展開合作，將高性能發光材料推向產業應用。”黃維對該研究成果的應用前景信心十足，“在信息傳感方面，我們開發了可用于檢測多種重大疾病標志物的高靈敏傳感器，這些成果有望實現重大疾病的早期診斷，目前正在與一些醫院開展合作；同時，還可以利用有機半導體自身優勢，制備柔性存儲器件，實現低功耗、自驅動柔性可穿戴信息存儲新模式。”
“此外，相信一些新型的三重態磷光材料也將相繼被開發出來，不斷豐富這類半導體材料的種類和應用范疇。”
