刘云圻课题组在本征柔性拉伸PLED发光显示研究领域取得重要进展

shanbian

有机发光二极管（OLED）作为柔性显示技术的基本单元，在手机显示、折叠以及穿戴显示应用方面展现了巨大的应用，已形成了万亿规模的电子产业。 基于聚合物发光二极管（PLED）的本征柔性显示作为未来柔性电子行业重要的发展方向，在更加舒适的生物医学、可穿戴和智能共形显示器方面展现了重要的应用潜力。可以预期由可拉伸材料制成的显示设备在可折叠、可拉伸和无缝对接中具有更大的自由体积，允许直接视觉交互和三维视图。使用可伸缩技术制造可伸缩晶体管有源矩阵将促进本征可伸缩显示器的快速发展。然而，由于PLED的可伸缩性受到限制和本征柔性发光半导体难于获得，本征柔性的有源矩阵PLED的发展面临巨大挑战。
        在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所有机固体实验室郭云龙研究员和刘云圻院士团队，在前期调控聚合物半导体凝聚态结构提升均一性（Adv. Electron. Mater. 2022, 8, 2100881.）的工作的基础上，开发了一种基于高分子量苯撑乙烯（L-SY-PPV）和聚丙烯腈（PAN）聚合物的自组装三维穿透纳米网络，以同时提高拉伸性和载流子迁移率（图1）。通常，传统发光聚合物的可拉伸性的改善伴随着电荷传输能力的降低，从而导致器件效率的显著降低。在这项研究中，由于PAN形成的三维穿透纳米网络，使得 L-SY-PPV/PAN的载流子迁移率增加了5-6倍，拉伸性从20%（原始L-SY-PPV膜）增加到100%。进一步结合聚乙烯亚胺乙氧基化的Zn-PEIE-pBphen-TR作为本征拉伸电子注入层，成功构筑了高电流效率的本征拉伸PLED。这些结果证明了使用自组装三维穿透纳米网络制造本征柔性PLED的有效性。相关的研究成果发表在近期的Adv. Mater. (2022, DOI: 10.1002/adma.202201844)上，该论文第一作者为博士生刘彦伟，通讯作者为郭云龙研究员和刘云圻院士。

图1. a）聚合物发光分子L-SY-PPV与掺杂分子PAN的分子式与分子量；b）PAN掺杂后形成3D的网络结构的示意图，c）本征柔性L-SY-PPV/PAN的薄膜在拉伸条件下的光致荧光图片；d）本征柔性拉伸PLED的器件结构；e） 在尖锐的镊子干扰条件下，本征柔性电致发光PLED正常工作图片。

图2 显示从硬质到柔性以及未来本征柔性的示意图

        最近，他们应National Science Review期刊的邀请撰写了综述。在综述中首先阐述了物理柔性、结构柔性和本征柔性的概念，并对本征柔性给出了定义。进一步针对本柔性显示研究中所需要的关键电极材料、半导体材料、介电材料以及与之相关的关键器件，做了详细的综述，并对该领域面临的关键挑战以及可能的应对方案提出了展望。该综述发表在近期的National Science Review (2022, DOI: 10.1093/nsr/nwac090)上。赵志远副研究员，博士生刘凯和刘彦伟为论文的共同第一作者，通讯作者为郭云龙研究员和刘云圻院士。


         文章来源：化学所
        刘云圻研究员，中国科学院院士，第三世界科学院院士。物理化学家，1949年2月生于江苏省靖江市。 1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文500余篇(其中130余篇发表在影响因子大于10的期刊上)，他人引用2万余次，h因子大于80，获授权中国发明专利70项，出版专著一部及19章节，在国内外学术会议上做大会/邀请报告100余次。2007，2016年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014, 2015和2016年入选汤森路透全球"高被引科学家"目录。现为科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，和担任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等6种期刊的编委/顾问委员会成员。
        郭云龙，中国科学院化学研究所有机固体实验室研究员。北京市科技新星（2018）；中国科学院青年创新促进会（2012）；中国科学院优秀博士学位论文（2011）；中国科学院院长优秀奖（2010）目前发表Adv. Mater.;JACS等论文132篇，引用大于6700次。2017年应邀为Adv. Electron. Mater.国际编委会成员。