有機材料可構建“電子高速公路”

文/房琳琳

有機材料可構建“電子高速公路”

文/房琳琳

美國佛蒙特大學（UVM）物理學家和材料學家馬達里那·福瑞斯領導的研究團隊日前稱，他們研究出一種新方法，能在低成本的有機材料中構建“電子高速公路”，增強太陽能電池板和柔性電子產品的導電性。這將有助尋找替代傳統以硅為基礎的電子元器件材料。

研究人員發表在近日出版的《自然·通訊》雜志上的論文稱， 鑒于讓電子在有機材料中快速流動這樣的基礎科學問題仍未得到根本性解決，他們利用新方法，在被稱為酞菁的低成本藍色染料中建造一條“電子高速公路”，進而使電子在有機半導體中流動的速度更快、距離更遠。

目前，很多柔性電子設備會依賴于有機材料的超薄涂層來獲取陽光，并利用名為“激子”的激發態材料將之轉化為電流。一般來講，激子是一種流離失所的電子，它們與留在后面的孔洞綁定在一起。這些激子可以在分解產生電流之前增加擴散距離，這對于增強有機半導體的導電效率至關重要。

福瑞斯團隊使用一種新型的成像技術，在酞菁薄膜的晶體邊界中觀察到納米尺度上的缺陷，正是這些缺陷成為電子高速公路的障礙。福瑞斯說：“我們發現有很多‘山丘’和‘坑洞’需要電子去翻越或躲避。”

為了找到這些缺陷，UVM團隊獲得美國國家科學基金會的支持后，創建了一種桌子大小的激光掃描望遠鏡，它能探測酞菁晶體的分子結構，允許科學家深入了解分子排布和邊界對激子運動的影響。

研究團隊認為，正是這些晶體邊界造成了激子擴散的屏障。這種能量障礙完全能被消除，關鍵是要非常謹慎地用一種空心毛細管，并以類似“毛筆書寫”那樣的技術來控制超薄涂層，才能讓激子快速而有效通過障礙。

雖然發表的成果只關注了有機材料酞菁，但新研究提供了探索增強其他有機材料導電性的強有力的新方法。