PBPyT基聚合物給體的分子間相互作用調控與器件性能研究

柔性傳感器在穿戴智能電子、具身智能、生物醫學成像等眾多領域具有廣闊的應用前景。基于共軛高分子光敏材料的有機光電探測器(OPDs)具有本征柔性、成本低、功耗低等優點，近年來受到廣泛關注。目前，柔性OPDs器件仍面臨探測性能較低、機械穩定性偏差等問題，限制了其實際應用。

中國科學院青島生物能源與過程研究所團隊發展了一類新型聚合物給體材料(PBPyT)，并深入研究了其分子結構與堆積形貌之間的關系，從而大幅提升了柔性近紅外OPDs的探測性能和機械穩定性。相關研究成果發表在《先進功能材料》(Advanced?Functional?Materials)、《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。

研究團隊提出了局域化分子堆積調控的分子結構設計理念，通過引入噻二唑并吡啶(PyT)的強吸電子單元，增強了聚合物鏈的分子間相互作用，優化了結晶域，實現光敏層中的快速電荷傳輸。同時，借助烷基噻吩橋的空間位阻效應引起的分子鏈扭曲，誘導局部無序堆積，形成應力耗散位點。研究系統揭示了“分子結構-堆積形貌-器件性能”之間的關鍵調控機制。基于新型聚合物給體PBFPyT的柔性OPDs器件能夠在制備和運行過程中減少性能損失，具有顯著提升的機械穩定性。

PBFPyT柔性器件的機械穩定性研究

此外，研究團隊通過烷基側鏈對分子間相互作用和分子堆積的調控機制，進一步開發了具有出色性能和普適性的PBPyT-EH給體，其分子間相互作用顯著提升，誘導光敏層中形成更加有序的π-π堆積形貌，促進電荷傳輸的同時高效抑制光敏層的缺陷態密度。基于PBPyT-EH的近紅外OPDs器件獲得了Jd=1.88nA/cm2的暗電流噪聲、R=0.542A/W的光響應度，以及D*=2.2×1013Jones的探測性能。

研究工作得到山東省自然科學基金等的支持。

審核編輯 黃宇