有机/碳低维杂化光电材料和器件

有机半导体材料被认为可取代传统无机半导体应用于各电子领域。然而，其低的载流子迁移率限制着有机电子器件的应用。为克服有机半导体迁移率的限制和赋予材料更多的功能，人们致力于有机单晶和有机杂化功能材料的研究。有机低维晶体材料在微、纳米电子器件和薄膜器件的应用而成为了研究的热点，而碳纳米晶体材料具有优异的光电学性能。本课题是研究有机低维晶体在溶液中的可控生长，并利用具有芳香结构碳纳米材料的分子模板作用及有机晶体和碳纳米材料的协同生长构筑杂化结构。研究杂化结构中各成分的光电特性、组成成分、微观结构和成膜方法对材料中激子的产生和分离、载流子的传输和陷域等光电学性能的影响。利用协同优化效应开发功能材料，并采用溶液操作的方法制备太阳能电池，传感器，记忆器等器件。通过对有机低维晶体及其碳杂化材料的研究，揭示有机分子在溶液中组装及其与碳纳米材料协同生长的规律，推动有机电子学的发展。

有机半导体材料在微、纳米电子器件和薄膜器件的应用而成为了研究的热点，而碳纳米晶体材料具有优异的光、电等性能。研究计划包括研究有机半导体材料、碳纳米材料及其液相复合，利用两者复合产生的协同效应开发高性能功能材料，以及实现在高效器件等方面的应用。项目团队实现了空穴迁移率达到15平方厘米/（伏•秒）以上，以及通过石墨烯材料的引入实现电子和空穴迁移率都在6平方厘米/（伏•秒）以上双极性有机薄膜场效应晶体管；开发了氧化性刻蚀辅助法实现厘米级单晶石墨烯的生长。该方法同样适用于其他类石墨烯的二维原子晶体材料的制备，是大面积高质量石墨烯制备研究领域中的一个重大突破；开发了石墨烯/有机纳米线复合墨汁、新型的石墨烯及其有机复合物薄膜的印刷制备方法，进而实现全打印的石墨烯/有机高效柔性薄膜储能器件；通过碳纳米材料表面及界面引入对纳米材料结构构建、电子和离子的快速输入及输出，实现超快高效柔性储能。如所组装的非对称的全固态薄膜器件可展现出超快速充电能力（10 V/s），比常规电容器的充电时间快10-100倍，能在几秒内完成充电，且在经过5000次充放电仍能保持97%的比电容。这是薄膜型超级电容器研究领域的一个重大突破。已在Advanced Materials (2)、Nano Letter、Advanced Energy Materials和Nano Energy等期刊发表论文22篇，申请专利12项。项目负责人在2015年，获美国化学会的“Certificate of Membership Award”。项目的工作入选2015年国家“千人计划”年度关注五项“探索&成绩”之一。指导3个985高校毕业的博士后、20余个研究生以及本科生，并取得了优异的成绩。例如指导的本科生获2014年中国青少年科技创新奖。