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有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管是一種兼具場效應(yīng)晶體管和發(fā)光二極管兩種器件功能的光電集成器件，在下一代變革性柔性顯示方面具有潛在重要應(yīng)用。高性能有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管器件的構(gòu)筑需要核心材料體系兼具高遷移率和強(qiáng)發(fā)光特性，但該類材料的設(shè)計合成一直面臨巨大挑戰(zhàn)，限制了有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管及其相關(guān)應(yīng)用器件的研究。 

近年來，在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的大力支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體實驗室研究工作者提出了通過可自由旋轉(zhuǎn)碳-碳單鍵協(xié)同調(diào)控分子共軛和立體構(gòu)象獲得光電集成材料的分子設(shè)計新策略，以蒽為核，成功地發(fā)展了系列蒽衍生的高遷移發(fā)光有機(jī)半導(dǎo)體材料，推動了新型高遷移率發(fā)光材料及發(fā)光晶體管器件的研究(Nat. Commun. 2015, 6, 10032; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17261; Adv. Mater. 2019, 1903175; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, doi: 10.1002/anie.202002644)。

高遷移率發(fā)光材料LD-1的分子及其晶體的熒光照片 

最近，基于上述光電集成分子的設(shè)計思想，研究者進(jìn)一步以具有優(yōu)異發(fā)光特性的芴作為核心結(jié)構(gòu)基元，利用碳-碳在其2,7位引入苯環(huán)拓展分子共軛結(jié)構(gòu)，設(shè)計合成了兼具優(yōu)異電荷傳輸和高發(fā)光性能的新型2,7-二苯基芴分子(LD-1)分子。有機(jī)場效應(yīng)晶體管測試LD-1分子的載流子遷移率為0.25 cm² V^-1 s^-1，單晶熒光量子產(chǎn)率達(dá)60.3%，基于該分子進(jìn)一步成功構(gòu)筑的有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管器件展現(xiàn)了強(qiáng)的電致發(fā)光特性和柵壓調(diào)控放大能力。這一研究工作進(jìn)一步豐富了高遷移發(fā)光有機(jī)半導(dǎo)體的材料體系，為有機(jī)發(fā)光場效應(yīng)晶體管及相關(guān)功能器件研究奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究工作近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6332-6339上，并被選為期刊封面文章。通訊作者是董煥麗研究員，第一作者是博士研究生劉單。