深耕有機半導體 推動科研創新
——記南京郵電大學賴文勇教授

記者/韓東起 文/王燦

導讀：誰，擁有更多，更尖端的半導體技術，誰就擁有了未來。中國的半導體技術，起步較晚，但，中國的科研工作者卻不懼艱難，披荊斬棘，奔跑前行，尤其是在有機半導體領域，更是開拓創新，高新技術不斷涌現，極大的促進了中國的半導體的發展。南京郵電大學的賴文勇教授，就是這樣一位兢兢業業的開拓者。

長風破浪會有時，直掛云帆濟滄海。賴文勇團隊深知：有機半導體的研究，從來都不能一蹴而就。于是，他帶領團隊，從市場需求出發，深耕有機半導體領域，并取得了不斐的科研成績。

賴文勇

運用科技力量 挖掘塑料“價值”

讓塑料變得更有價值，是賴文勇團隊探索的主要方向之一。作為一種有機高分子材料，塑料，不僅可以導電，還具備半導體功能。因此，賴文勇帶領團隊，以研發新型的具有包括信息顯示、固體照明、柔性儲能、有機光伏等半導體功能的塑料為方向，披荊斬棘，創新探索。其中，通過印刷的方式實現有機半導體器件的制備，成為他深度挖掘塑料價值的“切入點”。

利用有機半導體材料制作的墨水均勻地噴涂在面板上，接上電源，就實現了照明，而這樣做的好處是：普通家庭無需再購置、更換燈管，只需在家中利用有機半導體墨水，像紙張打印一樣把新的照明器件打印出來，即可使用。將科技與照明的需求進行“集成”，這樣的照明方式，是不是更具市場前景，更有魅力呢？而這個方向，正是賴文勇團隊的研發路徑。

從白色垃圾到半導體材料，塑料的華麗蛻變，離不開科技的力量，而賴文勇團隊，則是這種力量的開拓者和使用者，這一點，也在共軛聚合物的探索中得到了驗證。

探索共軛多孔聚合物 拓展新應用

解決問題，是科研改變世界的支點。在半導體領域，尤其如此。賴文勇團隊是一支“戰斗力”極強的團隊，所以，在面對藍光材料發光效率和穩定性差，這一世界性難題時，他們選擇直面挑戰。賴文勇團隊通過對有機半導體材料系統研究，提出有機半導體位阻功能化設計原理，通過拓撲結構材料設計，開發了一類單分散高純度多臂結構高分子半導體材料體系，實現凝聚態結構調控，研制出高性能有機藍光器件，為解決藍光效率和穩定性提供了通用解決方案，推動了有機電致發光材料在柔性電子領域的產業化應用。

但這只是拓撲結構材料設計思路運用的開端，在對共軛聚合物深耕探索中，這種思路再次發揮了不可替代的作用。

賴文勇

近年來，共軛聚合物在有機電致發光、有機太陽能電池、有機場效應晶體管等領域，得到了廣泛的應用。但由于現有的共軛聚合物大多比電容較低、循環穩定性不高以及氧化還原可逆性較差等問題，使其無法作為超級電容器的電極材料，因此，極大的限制了它的應用領域。

賴文勇團隊針對這一難點，創新性地將拓撲結構材料設計思想運用到超支化共軛聚合物材料設計中。他們將富氮的三并咔唑單元引入超支化共軛聚合物結構中，研制了一類新拓撲材料體系的共軛微孔聚合物電極材料，實現了贗電容特性。構筑的超級電容器表現出優異的比電容行為和電化學循環穩定性，拓展了共軛聚合物在儲能器件領域的應用。該研究率先發展了化學摻雜的方法構筑拓撲結構共軛微孔聚合物，實現了高效、穩定的電化學儲能，不僅為設計開發新型高性能的電化學儲能材料提供了新思路，還推動了有機半導體材料應用的產業化進程。

深耕有機半導體激光 迎來新突破

π-共軛有機半導體已被廣泛用于包括有機發光二極管（OLED），有機光伏器件，有機薄膜晶體管以及有機半導體激光器（OSL）等各種光電器件中。與OLED 相比，有機半導體激光器（OSL）面臨著更大的挑戰。尤其是長壽命三線態（T1）激子通過累積并激發會引起較大的光學損失，即，由于三線態-三線態吸收帶與單線態熒光發射帶重疊，通過三線態-三線態吸收和單線態-三線態湮滅進一步減少單線態激子數量。因此，三線態激子的調控是解決電泵浦OSL挑戰的關鍵點之一。

南京郵電大學賴文勇團隊在前期有機激光增益介質設計相關工作基礎上，創新提出同時利用單線態和三線態激子用于高效光放大過程的有效策略，提出了一種光放大的新設計概念：以銥配合物為三線態敏化劑，熒光共軛聚合物為增益介質，構建了三線態-單線態客-主體能量轉移增益系統。通過對共混樣品的光致發光激發光譜、光誘導吸收光譜和熒光瞬態分析，直接證實了三線態-單線態能量轉移過程。

實驗結果表明，與沒有三線態敏化劑的增益系統相比，所得到的三線態-單線態的客-主體系統具有低三倍的放大自發發射閾值和更好的激光發射性能。此外，在電驅動條件下，基于“三線態-單線態的客-主體系統”的熒光有機發光二極管（OLED）表現出比沒有“三線態敏化劑”的熒光OLED更高效的光電性能。

與此同時，他們還報道了首例基于磷光銥配合物的三線態-單線態客-主體能量轉移激光增益介質體系，構建了低閾值有機半導體激光器。可見，團隊提出的一種新的有效調控和利用三線態激子的方法，不僅可以同時利用單線態激子和三線態激子實現更理想的光放大過程，還為解決電泵浦有機半導體激光器最大阻礙提供了新的思路。

其實，科研與學習一樣，都是永無止境的。選擇了科研，就選擇了奮斗一生。賴文勇教授也不例外。導電水凝膠就是他的另一個研究領域，在該領域，他帶領團隊發展了多種導電水凝膠的合成方法，系統地闡述了其自修復及可拉伸的機理，總結了導電水凝膠傳導機制，發展了系列導電水凝膠作為電極和電解質材料，在柔性超級電容器等可穿戴電子器件中展現出重要潛在應用前景。

在他看來，獨特的一體式結構有望通過優化電極或電解質來實現電容器整體的可拉伸性和自修復性。但，若想加快一體化超級電容器的研發進程，急需開發既能用作電極又能充當電解質的全能水凝膠。這個方向，也將是他和團隊的主要研究方向之一。

無論何時，科技永遠是大國發展的基石，在半導體為王的時代，有機半導體的發展對促進半導體行業的發展，極其重要。在這樣的背景下，以賴文勇教授為代表的有機半導體人，將繼續乘風破浪，深度探索，用更多，更尖端的科研成果，譜寫中國半導體人的時代之歌……