用于高性能场效应晶体管的π-共轭聚合物/石墨烯复合材料的溶液制备法

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       半导体共轭聚合物具有许多优良的特性，诸如：能够人为设计的光电特性，溶液可加工性成本低廉，机械柔顺性能优异等。因此半导体共轭聚合物在可印刷集成电路，可穿戴传感器和大面积光伏器件等领域中具有潜在的应用价值。而在过去的几十年里，研究人员一直致力于优化器件配置，分子设计和其合成，这些努力使得聚合物基器件性能得到了很大提高。然而，半导体共轭聚合物的电荷载流子迁移率相对较低，环境稳定性也不高，这极大的限制了该类聚合物的应用。将聚合物半导体与高性能导体（如石墨烯）相结合是解决上述限制的一种有效方法。

       本文介绍了一种在溶液中构建π-共轭聚合物/石墨烯复合材料的方法。该方法利用π-共轭聚合物与石墨烯之间的π-π相互作用，将π-共轭聚合物层吸附到石墨烯平面上，并形成图案化的一维阵列。由于π-π相互作用的存在，π-共轭聚合物/石墨烯复合材料的电荷输运性能和热稳定性相比单独的π-共轭聚合物得到了提高。同时，半导体聚合物和石墨烯的有效利用将有助于低共轭π-共轭聚合物/石墨烯复合材料的制造。
       近日，来自中国科学院理化技术研究所的江雷院士，吴雨辰博士以及北京师范大学的朱嘉副教授（共同通讯作者）等人在近期的Advanced Materials期刊上发表了一篇题为“Solution Adsorption Formation of a π -Conjugated Polymer/Graphene Composite for High-Performance Field-Effect Transistors”的文章。文章主要介绍了一种构建π-共轭聚合物/石墨烯复合材料的方法，这种方法可以避开现有的限制并将材料图案化为一维阵列。基于π共轭体系，可以减小石墨烯和聚合物之间π - π堆积的距离，从而提高电荷传输性能。而由于掺入了石墨烯，复合材料显示出了热稳定性。一般认为，π-共轭复合物的构建表明通过设计制造大面积、低成本、高效率的功能器件将有机分子和二维材料整合到微结构阵列中是可行的。