南京郵電大學(xué)柔性電子全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院賴(lài)文勇教授課題組在柔性晶態(tài)光電薄膜材料設(shè)計(jì)制備與功能調(diào)控方向取得重要進(jìn)展，其提出的界面預(yù)組裝定向生長(zhǎng)（IPOG）策略為平衡材料結(jié)晶性與柔韌性這一長(zhǎng)期科學(xué)難題提供了新思路。研究聚焦于共軛有機(jī)框架（COF）材料的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，通過(guò)分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了材料光電特性與力學(xué)性能的協(xié)同調(diào)控。相關(guān)成果以“Interface Preassembly Oriented Growth Strategy Towards Flexible Crystalline Covalent Organic Framework Films for OLEDs”為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications, 2025, 16, 3321）。
Nature Communications刊發(fā)賴(lài)文勇教授課題組柔性晶態(tài)光電薄膜最新研究進(jìn)展
柔性電子作為新一代信息技術(shù)的關(guān)鍵支撐性技術(shù)，在人工智能、人機(jī)交互、可穿戴設(shè)備、智慧診療等領(lǐng)域展現(xiàn)巨大潛力，但其核心材料長(zhǎng)期面臨“魚(yú)與熊掌不可兼得”的困境：高結(jié)晶材料光電性能優(yōu)越但脆性大易斷裂；柔性聚合物雖可隨意彎曲卻因結(jié)構(gòu)無(wú)序?qū)е鹿怆娦阅懿蛔恪＠鐐鹘y(tǒng)COF材料因高結(jié)晶度導(dǎo)致的脆性和低柔韌性限制了其在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用。
針對(duì)這一科學(xué)難題，研究團(tuán)隊(duì)從生物體系中親疏水相互作用的精確調(diào)控機(jī)制獲得啟發(fā)，創(chuàng)新性提出界面預(yù)組裝定向生長(zhǎng)策略，通過(guò)引入功能性基團(tuán)（親水/疏水鏈）調(diào)控分子界面預(yù)組裝行為。在油水界面處，親疏水基團(tuán)的協(xié)同作用促使單體定向排列，形成有序預(yù)組裝層，隨后通過(guò)乙酸催化的液-液界面聚合，制備了厚度可控（100~300 nm）、面積達(dá)20cm2的柔性晶態(tài)光電薄膜。X射線衍射（XRD）分析表明，所得到的兩親性柔性晶態(tài)薄膜具有高結(jié)晶度，且通過(guò)調(diào)控單體濃度和反應(yīng)時(shí)間可實(shí)現(xiàn)納米至微米級(jí)的厚度精確控制。研究顯示，通過(guò)引入柔性側(cè)鏈將材料層間距從3.52?擴(kuò)展至4.01?——相當(dāng)于在分子層面“拉開(kāi)抽屜”，有效抑制了剛性晶態(tài)材料因π-π堆積導(dǎo)致的發(fā)光猝滅現(xiàn)象，使固態(tài)薄膜的發(fā)光量子產(chǎn)率提升60倍。該薄膜可承受反復(fù)彎折甚至拉伸而不破裂，突破傳統(tǒng)晶態(tài)材料的力學(xué)極限。
界面預(yù)組裝定向生長(zhǎng)與COF結(jié)構(gòu)圖
基于此，本研究首次構(gòu)建了COF基柔性有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）原型器件，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到同類(lèi)器件最高水平，且發(fā)光顏色可通過(guò)電壓調(diào)控實(shí)現(xiàn)從深藍(lán)到白光的連續(xù)變化，這為智能動(dòng)態(tài)顯示提供了新方案。研究還通過(guò)時(shí)間分辨SEM、XRD和FTIR追蹤了界面預(yù)組裝定向生長(zhǎng)策略下COF薄膜的界面預(yù)組裝、定向生長(zhǎng)與結(jié)晶化過(guò)程，為理解材料生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
界面預(yù)組裝結(jié)晶生長(zhǎng)機(jī)制與OLED應(yīng)用
該工作從分子工程角度揭示了親疏水作用調(diào)控材料微納結(jié)構(gòu)的機(jī)制，為設(shè)計(jì)兼具高結(jié)晶度與高柔韌性的光電功能薄膜材料奠定了理論基礎(chǔ)。界面預(yù)組裝定向生長(zhǎng)策略展現(xiàn)的“結(jié)構(gòu)-性能”精準(zhǔn)調(diào)控能力，為開(kāi)發(fā)兼具類(lèi)皮膚柔性和半導(dǎo)體性能的電子材料開(kāi)辟了新路徑。目前，團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步探索COF材料的電荷傳輸機(jī)制與器件界面優(yōu)化，以期推動(dòng)其在柔性顯示、柔性傳感、仿生電子等領(lǐng)域的深度應(yīng)用。
論文的第一作者是柔性電子全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院李祥春副教授，通訊作者為柔性電子全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院賴(lài)文勇教授。該項(xiàng)研究成果同時(shí)得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等支持。
（撰稿：劉琳 初審：?jiǎn)套媲佟⒘_志敏、戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）