交匯點訊 1月8日，南京郵電大學“金屬有機半導體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能調(diào)控與光電應(yīng)用”成果獲得國家自然科學獎二等獎。該項目由黃維院士率領(lǐng)的研究團隊完成。“金屬有機半導體可以說是‘一材多用’的一種材料，隨著對它研究的不斷深入，未來還將會有更多的發(fā)現(xiàn)。”黃維院士在領(lǐng)獎現(xiàn)場信心滿滿地說。此次獲獎，是黃維院士研究團隊繼2013年首次獲國家自然科學獎二等獎后，時隔5年再次獲得這一重要獎項。
據(jù)介紹，該項目圍繞金屬有機半導體的高性能化與多功能化，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能調(diào)控、光電應(yīng)用方面獲得了系列創(chuàng)新性研究成果。該項目帶頭人黃維院士是我國有機光電子學科和柔性光電子學科的主要奠基人與開拓者之一。他領(lǐng)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。
團隊長期圍繞金屬有機半導體的高性能化，提出半導體結(jié)構(gòu)設(shè)計新原理，提高了有機發(fā)光二極管效率。黃維院士舉例介紹：“以O(shè)LED顯示屏為例，研究之初，金屬有機半導體材料的電能轉(zhuǎn)化成光能的效率很低，無法使其走出實驗室。項目組提出的‘位阻功能化和高分子化新策略’‘p-n金屬有機半導體設(shè)計策略’及‘動態(tài)自適應(yīng)設(shè)計原理’，可以使OLED顯示屏電能轉(zhuǎn)化成光能的效率得到顯著提升，也就是性能大幅度提高，充分展示其主動發(fā)光、視角范圍大，亮度高等特點。基于上述原理，金屬有機半導體材料結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化的同時，其制備成本也不斷降低。能卷起來的大彩電的問世，就是在有機發(fā)光二極管效率大幅提高的基礎(chǔ)上，金屬有機半導體作為一種柔性材料，得以將撓曲式大面積的優(yōu)勢應(yīng)用到實際生活中。”黃維院士說，項目組還相繼開發(fā)制備了高效、可印刷加工金屬有機半導體材料，制備的銪配合物發(fā)光器件性能達到同期國際最高水平，并首次實現(xiàn)了主體材料電學性能的智能動態(tài)調(diào)控，獲得了同期低電壓驅(qū)動的磷光藍光器件最優(yōu)結(jié)果之一。
同時，團隊還致力于推動金屬有機半導體的多功能化，發(fā)展智能響應(yīng)型金屬有機半導體，并實現(xiàn)了高密度和高安全性信息存儲。項目第二完成人、南京郵電大學趙強教授介紹，現(xiàn)在大家使用的U盤，是無機半導體材料做的，存儲量和安全性都有待提高。項目組在十多年的研究中，發(fā)現(xiàn)有機半導體會在外界物理刺激下產(chǎn)生電學或光學信號的“智能響應(yīng)”行為，比如給它加個電場后，其分子材料的電學性質(zhì)和光學性質(zhì)會發(fā)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。項目組根據(jù)這種“智能響應(yīng)性”，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(shè)計新策略，制備了高穩(wěn)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，為發(fā)展可印刷加工的超高密度信息存儲提供了有效途徑。在研究中，還發(fā)現(xiàn)電場誘導金屬有機半導體磷光變色現(xiàn)象，提出智能響應(yīng)型有機信息存儲的設(shè)計原理，同時利用磷光壽命長的特點，通過時間分辨光學成像，發(fā)展了具有安全保護功能的信息存儲技術(shù)，開辟了有機信息存儲領(lǐng)域的研究新方向。
進一步，團隊實現(xiàn)了金屬有機半導體的高靈敏“信息傳感”功能，利用長壽命三重激發(fā)態(tài)，通過時間分辨光學技術(shù)提高生物信息傳感信噪比。趙強教授解釋說，比如在用光學傳感器檢測癌細胞時，血液中同時存在的其它熒光生物分子，會對檢測信號產(chǎn)生嚴重干擾。而金屬有機半導體是一種磷光材料，發(fā)光壽命遠遠長于熒光物質(zhì)，非常有利于通過時間分辨光學技術(shù)，消除“背景干擾信號”，獲得“壽命長”的有效光學信號，從而大大提高檢測靈敏度。成功解決了“生物背景熒光干擾導致檢測信噪比低”這一領(lǐng)域難題。
該獲獎項目歷時十余年，發(fā)表SCI論文115篇。8篇代表性論文發(fā)表在Nat Commun、Adv Mater、Angew Chem Int Ed、Adv Funct Mater等國際權(quán)威期刊上，3篇入選ESI高被引論文，1篇入選ESI熱點論文，被諾貝爾獎得主、美國科學院/工程院院士和歐洲科學院院士等同行廣泛引用。授權(quán)中國發(fā)明專利16件。受邀在Chem Soc Rev、Prog Polym Sci等頂級期刊發(fā)表綜述。出版專著《有機電子學》（科學出版社），參編英文專著2部。黃維院士任Adv Mater、Prog Polym Sci、npjFlexible Electronics等國際知名期刊主編、編委或顧問編委。在國內(nèi)外學術(shù)會議上作邀請報告100余次，承辦學術(shù)會議20余次。主要成果獲2016年教育部自然科學一等獎。
交匯點記者 葛靈丹 通訊員 尤萱