深耕有機(jī)半導(dǎo)體 推動科研創(chuàng)新
——記南京郵電大學(xué)賴文勇教授

記者/韓東起 文/王燦

導(dǎo)讀：誰，擁有更多，更尖端的半導(dǎo)體技術(shù)，誰就擁有了未來。中國的半導(dǎo)體技術(shù)，起步較晚，但，中國的科研工作者卻不懼艱難，披荊斬棘，奔跑前行，尤其是在有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域，更是開拓創(chuàng)新，高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，極大的促進(jìn)了中國的半導(dǎo)體的發(fā)展。南京郵電大學(xué)的賴文勇教授，就是這樣一位兢兢業(yè)業(yè)的開拓者。

長風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟(jì)滄海。賴文勇團(tuán)隊深知：有機(jī)半導(dǎo)體的研究，從來都不能一蹴而就。于是，他帶領(lǐng)團(tuán)隊，從市場需求出發(fā)，深耕有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域，并取得了不斐的科研成績。

賴文勇

運(yùn)用科技力量 挖掘塑料“價值”

讓塑料變得更有價值，是賴文勇團(tuán)隊探索的主要方向之一。作為一種有機(jī)高分子材料，塑料，不僅可以導(dǎo)電，還具備半導(dǎo)體功能。因此，賴文勇帶領(lǐng)團(tuán)隊，以研發(fā)新型的具有包括信息顯示、固體照明、柔性儲能、有機(jī)光伏等半導(dǎo)體功能的塑料為方向，披荊斬棘，創(chuàng)新探索。其中，通過印刷的方式實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體器件的制備，成為他深度挖掘塑料價值的“切入點(diǎn)”。

利用有機(jī)半導(dǎo)體材料制作的墨水均勻地噴涂在面板上，接上電源，就實(shí)現(xiàn)了照明，而這樣做的好處是：普通家庭無需再購置、更換燈管，只需在家中利用有機(jī)半導(dǎo)體墨水，像紙張打印一樣把新的照明器件打印出來，即可使用。將科技與照明的需求進(jìn)行“集成”，這樣的照明方式，是不是更具市場前景，更有魅力呢？而這個方向，正是賴文勇團(tuán)隊的研發(fā)路徑。

從白色垃圾到半導(dǎo)體材料，塑料的華麗蛻變，離不開科技的力量，而賴文勇團(tuán)隊，則是這種力量的開拓者和使用者，這一點(diǎn)，也在共軛聚合物的探索中得到了驗(yàn)證。

探索共軛多孔聚合物 拓展新應(yīng)用

解決問題，是科研改變世界的支點(diǎn)。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其如此。賴文勇團(tuán)隊是一支“戰(zhàn)斗力”極強(qiáng)的團(tuán)隊，所以，在面對藍(lán)光材料發(fā)光效率和穩(wěn)定性差，這一世界性難題時，他們選擇直面挑戰(zhàn)。賴文勇團(tuán)隊通過對有機(jī)半導(dǎo)體材料系統(tǒng)研究，提出有機(jī)半導(dǎo)體位阻功能化設(shè)計原理，通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料設(shè)計，開發(fā)了一類單分散高純度多臂結(jié)構(gòu)高分子半導(dǎo)體材料體系，實(shí)現(xiàn)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控，研制出高性能有機(jī)藍(lán)光器件，為解決藍(lán)光效率和穩(wěn)定性提供了通用解決方案，推動了有機(jī)電致發(fā)光材料在柔性電子領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

但這只是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料設(shè)計思路運(yùn)用的開端，在對共軛聚合物深耕探索中，這種思路再次發(fā)揮了不可替代的作用。

賴文勇

近年來，共軛聚合物在有機(jī)電致發(fā)光、有機(jī)太陽能電池、有機(jī)場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用。但由于現(xiàn)有的共軛聚合物大多比電容較低、循環(huán)穩(wěn)定性不高以及氧化還原可逆性較差等問題，使其無法作為超級電容器的電極材料，因此，極大的限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。

賴文勇團(tuán)隊針對這一難點(diǎn)，創(chuàng)新性地將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料設(shè)計思想運(yùn)用到超支化共軛聚合物材料設(shè)計中。他們將富氮的三并咔唑單元引入超支化共軛聚合物結(jié)構(gòu)中，研制了一類新拓?fù)洳牧象w系的共軛微孔聚合物電極材料，實(shí)現(xiàn)了贗電容特性。構(gòu)筑的超級電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的比電容行為和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，拓展了共軛聚合物在儲能器件領(lǐng)域的應(yīng)用。該研究率先發(fā)展了化學(xué)摻雜的方法構(gòu)筑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共軛微孔聚合物，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的電化學(xué)儲能，不僅為設(shè)計開發(fā)新型高性能的電化學(xué)儲能材料提供了新思路，還推動了有機(jī)半導(dǎo)體材料應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

深耕有機(jī)半導(dǎo)體激光 迎來新突破

π-共軛有機(jī)半導(dǎo)體已被廣泛用于包括有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），有機(jī)光伏器件，有機(jī)薄膜晶體管以及有機(jī)半導(dǎo)體激光器（OSL）等各種光電器件中。與OLED 相比，有機(jī)半導(dǎo)體激光器（OSL）面臨著更大的挑戰(zhàn)。尤其是長壽命三線態(tài)（T1）激子通過累積并激發(fā)會引起較大的光學(xué)損失，即，由于三線態(tài)-三線態(tài)吸收帶與單線態(tài)熒光發(fā)射帶重疊，通過三線態(tài)-三線態(tài)吸收和單線態(tài)-三線態(tài)湮滅進(jìn)一步減少單線態(tài)激子數(shù)量。因此，三線態(tài)激子的調(diào)控是解決電泵浦OSL挑戰(zhàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

南京郵電大學(xué)賴文勇團(tuán)隊在前期有機(jī)激光增益介質(zhì)設(shè)計相關(guān)工作基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出同時利用單線態(tài)和三線態(tài)激子用于高效光放大過程的有效策略，提出了一種光放大的新設(shè)計概念：以銥配合物為三線態(tài)敏化劑，熒光共軛聚合物為增益介質(zhì)，構(gòu)建了三線態(tài)-單線態(tài)客-主體能量轉(zhuǎn)移增益系統(tǒng)。通過對共混樣品的光致發(fā)光激發(fā)光譜、光誘導(dǎo)吸收光譜和熒光瞬態(tài)分析，直接證實(shí)了三線態(tài)-單線態(tài)能量轉(zhuǎn)移過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與沒有三線態(tài)敏化劑的增益系統(tǒng)相比，所得到的三線態(tài)-單線態(tài)的客-主體系統(tǒng)具有低三倍的放大自發(fā)發(fā)射閾值和更好的激光發(fā)射性能。此外，在電驅(qū)動條件下，基于“三線態(tài)-單線態(tài)的客-主體系統(tǒng)”的熒光有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）表現(xiàn)出比沒有“三線態(tài)敏化劑”的熒光OLED更高效的光電性能。

與此同時，他們還報道了首例基于磷光銥配合物的三線態(tài)-單線態(tài)客-主體能量轉(zhuǎn)移激光增益介質(zhì)體系，構(gòu)建了低閾值有機(jī)半導(dǎo)體激光器?？梢?，團(tuán)隊提出的一種新的有效調(diào)控和利用三線態(tài)激子的方法，不僅可以同時利用單線態(tài)激子和三線態(tài)激子實(shí)現(xiàn)更理想的光放大過程，還為解決電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器最大阻礙提供了新的思路。

其實(shí)，科研與學(xué)習(xí)一樣，都是永無止境的。選擇了科研，就選擇了奮斗一生。賴文勇教授也不例外。導(dǎo)電水凝膠就是他的另一個研究領(lǐng)域，在該領(lǐng)域，他帶領(lǐng)團(tuán)隊發(fā)展了多種導(dǎo)電水凝膠的合成方法，系統(tǒng)地闡述了其自修復(fù)及可拉伸的機(jī)理，總結(jié)了導(dǎo)電水凝膠傳導(dǎo)機(jī)制，發(fā)展了系列導(dǎo)電水凝膠作為電極和電解質(zhì)材料，在柔性超級電容器等可穿戴電子器件中展現(xiàn)出重要潛在應(yīng)用前景。

在他看來，獨(dú)特的一體式結(jié)構(gòu)有望通過優(yōu)化電極或電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)電容器整體的可拉伸性和自修復(fù)性。但，若想加快一體化超級電容器的研發(fā)進(jìn)程，急需開發(fā)既能用作電極又能充當(dāng)電解質(zhì)的全能水凝膠。這個方向，也將是他和團(tuán)隊的主要研究方向之一。

無論何時，科技永遠(yuǎn)是大國發(fā)展的基石，在半導(dǎo)體為王的時代，有機(jī)半導(dǎo)體的發(fā)展對促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，極其重要。在這樣的背景下，以賴文勇教授為代表的有機(jī)半導(dǎo)體人，將繼續(xù)乘風(fēng)破浪，深度探索，用更多，更尖端的科研成果，譜寫中國半導(dǎo)體人的時代之歌……