有机材料中可建“电子高速公路”
- 发布时间：2015-09-17 07:31:36 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
科技日报北京9月16日电 （记者房琳琳）美国佛蒙特大学（UVM）物理学家和材料学家马达里那·福瑞斯领导的研究团队日前称，他们研究出一种新方法，能在低成本的有机材料中构建“电子高速公路”，增强太阳能电池板和柔性电子产品的导电性。这将有助寻找替代传统以硅为基础的电子元器件材料。
研究人员发表在近日出版的《自然·通讯》杂志上的论文称， 鉴于让电子在有机材料中快速流动这样的基础科学问题仍未得到根本性解决，他们利用新方法，在被称为酞菁的低成本蓝色染料中建造一条“电子高速公路”，进而使电子在有机半导体中流动的速度更快、距离更远。
目前，很多柔性电子设备会依赖于有机材料的超薄涂层来获取阳光，并利用名为“激子”的激发态材料将之转化为电流。一般来讲，激子是一种流离失所的电子，它们与留在后面的孔洞绑定在一起。这些激子可以在分解产生电流之前增加扩散距离，这对于增强有机半导体的导电效率至关重要。
福瑞斯团队使用一种新型的成像技术，在酞菁薄膜的晶体边界中观察到纳米尺度上的缺陷，正是这些缺陷成为电子高速公路的障碍。福瑞斯说：“我们发现有很多‘山丘’和‘坑洞’需要电子去翻越或躲避。”
为了找到这些缺陷，UVM团队获得美国国家科学基金会的支持后，创建了一种桌子大小的激光扫描望远镜，它能探测酞菁晶体的分子结构，允许科学家深入了解分子排布和边界对激子运动的影响。
研究团队认为，正是这些晶体边界造成了激子扩散的屏障。这种能量障碍完全能被消除，关键是要非常谨慎地用一种空心毛细管，并以类似“毛笔书写”那样的技术来控制超薄涂层，才能让激子快速而有效通过障碍。
虽然发表的成果只关注了有机材料酞菁，但新研究提供了探索增强其他有机材料导电性的强有力的新方法。
总编辑圈点
当科技产业如火如荼地向前推进时，材料既是阻碍，也是机遇。旧材料总有性能不适应新需要的瓶颈，而新材料总会在突破原有的物理、化学性质束缚的同时，为科研、产业界带来新的方向，也为我们的生活带来新体验。尽管文中酞菁材料主要用于展示电子与“山丘”和“坑洞”的关系，离产业化应用差得太远，但本成果却找到了材料学研究的一个创新性方法，简化了有机材料导电的研究，我们期待该方法能复制到其他材料上并带来重大的发现。
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