有机场效应晶体管(OFET)作为有机电子电路的基本构筑单元，已经在柔性显示驱动、电子皮肤以及电子标签等领域展现了巨大的应用潜力。在这一研究过程中，如何引入新的设计理念，调控分子溶液的预聚集状态以及分子薄膜的组装行为，以获得高迁移率、高稳定的有机高分子材料和OFET器件一直是研究人员追求的目标。
在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学所有机固体实验室郭云龙研究员和刘云圻院士与天津大学胡文平教授合作，基于优异的分子结构设计，利用线棒涂膜方法，调控聚合物分子的取向组装，制备了A4尺寸的取向组装聚合物半导体薄膜。当载流子传输方向与聚合物主链方向一致时，基于该薄膜的场效应晶体管器件的空穴迁移率为5.5 cm2V–1s–1，电子迁移率为4.5 cm2V–1s–1，该器件的迁移率是旋涂法制备的晶体管性能的9倍（Adv. Mater. 2019, 31, 1805761）。
最近，他们发现添加聚丙烯腈（PAN）不仅可以调控分子的预聚集状态，还提高了聚合物溶液的可加工性。他们进一步结合棒涂法，制备了高度结晶和缺陷较少的聚合物分子薄膜。基于该薄膜的OFET器件，沿着晶畴取向方向的电子迁移率提升到5–6 cm2V–1s–1，相比于旋涂法制备的薄膜FET性能（迁移率0.1–0.2 cm2V–1s–1）有了很大提升。该器件在零下80摄氏度到200摄氏度表现出了出色的冷–热稳定性，极大拓展了OFET在不同环境条件下的应用，也打破了人们对电子传输型聚合物FET器件不稳定的传统认识。相关研究结果发表在近期的Chem 上（2021, 7, 1258-1270）。论文第一作者为姜莹莹博士，通讯作者为郭云龙研究员、胡文平教授和刘云圻院士。
图 分子取向加工过程、器件结构和迁移率随温度变化结果
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