海歸學者發起的公益學術平臺
分享資訊，整合資源
交流學術，偶爾風月
相比於晶態無機半導體，有機半導體的載流子遷移率通常較低，這源於有機分子間範德華相互作用、氫鍵和π–π相互作用等弱相互作用，導致了分子間距離大，π軌道重疊小，電子離域困難。增大分子間π軌道重疊是提高有機半導體遷移率的關鍵途徑。苝醯亞胺及其衍生物（PDIs）是一種被廣泛研究的n型有機半導體，由於苝核的大平面共軛結構，PDIs分子間有較強相互作用，有利於分子間電子的離域，但一定程度上也降低了分子的溶解性，不利於此類材料的溶液加工。
針對這一挑戰，研究團隊採用“離子化誘導重構”的策略，實現了分子間強π–π作用與可溶液加工的完美結合，製備了PDI二價離子態（PDI2-）多晶薄膜，並發現了其不同於中性分子的特殊物性。離子態的電子結構和特殊的分子間相互作用使薄膜展現出高霍爾遷移率與類能帶輸運的特性。相關成果發表於《國家科學評論》（National Science Review，NSR），華南理工大學博士生賈豔華為論文的第一作者，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室馬於光教授、蔣慶林研究員和物理與光電學院張弜副教授為共同通訊作者。
研究團隊發現相比於PDI中性態，PDI2-分子內的電子具有高度離域的特點，且分子間具有更強的π–π相互作用（更近的堆積距離達3.25 Å），形成了有序排列的奈米線結構。
PDI2-薄膜結構表徵：(a) 有序排列的奈米線SEM影像, (b) 選區電子衍射及其高分辨晶格影像, (c) GIWAXS二維影像, (d) XRD粉末衍射影像。
離子態薄膜的室溫電導率為17 S cm‑1，表現出與中性態不同的p型半導體行為，且展現出類能帶輸運的特性：即遷移率隨溫度降低而增加，在150 K時霍爾遷移率達到了3 cm2 V-1s-1。離子態分子間強π–π相互作用，高度離域的π電子，是形成較大頻寬的能帶的成因。
PDI2-薄膜的霍爾效應：(a) 霍爾棒和電極結構的光學影像, (b) T = 325 K和150 K時霍爾電壓(VH)隨磁場的變化曲線, (c) 載流子濃度隨溫度的變化曲線, (d) 霍爾遷移率隨溫度的變化，插圖：霍爾遷移率隨T-3/2的變化, (e) PDI離子聚集體中p型類能帶輸運機制示意圖。
以上研究表明：基於離子態構建分子間強相互作用的聚集體是開發高遷移率有機半導體薄膜的有效策略。
點選“閱讀原文”閱讀原文。
本文系網易新聞·網易號“各有態度”特色內容
媒體轉載聯絡授權請看下方
關鍵詞
離子
薄膜
相互作用
網易
影像
