李玉良院士/山大王宁《AM》综述：多标准无机半导体的受控生长和自组拆
在已往的几十年里，作为含有共轭化学布局的有机质料，有机半导体(OS)履历了从科学研究到现实应用的发达式进展。OS与硅、非晶硅和氧化物相比具有显着的上风，包罗布局易调控、大面积沉积、制备条件和气、贸易化本钱低等。是以，OS的突出特点以及相干器件的优秀性能使其比年来备受存眷，这极大地促进了新型OS质料的不停进展。现在，OS已被遍及用作与能量存储和转换、光电子学、催化和生物传感器等相干的现实器件中的紧张元件。为了餍足差别范例器件的需求，对OS举行化学布局设计和自组装历程的协同操纵具有紧张意义。同时，很多研究已实验从纳米到宏观微米的遍及标准上对多标准OS的形貌及其根本性子举行操纵。
中科院化学研究所李玉良院士、山东大学王宁传授等人全面综述了制造多标准有机半导体的最新设计谋略。作者在文中先容了相干的代表性事情，细致商议了OS在现实设置装备摆设中的应用，并提出了OS将来的研究偏向。联合有机合成化学和超分子组装技能的先辈设计谋略将在新一代多标准OS的开辟中发挥着不行或缺的作用。该研究以题为“Controlled Growth and Self-Assembly of Multiscale Organic Semiconductor”的论文颁发在《Advanced Materials》上。
【多标准OS的根本设计原则】
作者起首先容了多标准OS的根本设计原则，包罗多标准OS的分子布局、一维和二维布局的制备计谋、自组装结晶历程中的形态操纵、辨认多标准OS的技能。有机分子的内涵性子可以通过有机合成计谋举行有用调治，包罗转变共价键合情况、增添共轭度、引入电子基团和侧链工程。分子的范围和共价键的扩展偏向可以通过调解反响性毗连基团的化学布局来操纵。可以构建具有大标准的新型OS，比方二维分子纳米带和共价有机骨架等，可用作后续分子间晶体生长和自组装的根本单位。
图1 典范OS分子要害身分的表示图
图2 基于差别分子的共价有机骨架
【超分子相互作用组装的多标准OS技能】
其次，作者先容了超分子相互作用组装的多标准OS技能，包罗分子主客体相互作用和金属配位、界面组装、异质结布局、共晶和电荷转移复合物、在宏观基板上组装、分层组装。有机分子布局之间非共价键的多样性决定了所制备组件的巨细和形态。源自超分子相互作用的有序自组装布局的加工技能已经得到很好的进展。它在非共价键合体系、多级自组装和有机晶体中表现出庞大的潜力。这些功效布局的新特性泉源于布局的多少形状、匀称布局的周期性分列以及对外部刺激的相应，可以拓宽多标准OS在设置装备摆设中的现实应用。
图3通过溶液外延计谋形成二维OS晶体
图4通过外延生长要领由有机共晶制备的纳米棒网
【多标准OS在现实设置装备摆设中的应用】
在设置装备摆设应用中，当代电子体系每每更小、更轻，以餍足现实利用的需求。是以，将来的电子器件必要具有比传统微电子学更多的布局自由度和更简洁的并行制造门路。基于OS质料的柔性电子技能正在敏捷进展，作者通过一些典范的例子来论述基于OS的分子器件和基于多标准OS的大标准设置装备摆设，好比光伏器件、储能装置、场效应晶体管、水剖析体系和荧光和光声成像。多标准OS体现出杰出的电学、光学和光电特性，被遍及用作能量存储和转换、催化、光电子和生物传感器等现实设置装备摆设中的活性层，并且通过质料的合成，还能拓宽其应用范畴。
图5 光伏器件中的应用
图6 荧光和光声成像器件中的应用
【将来研究偏向】
1）对多标准OS布局与相干电学和光学特性之间干系的了解和了解还相称有限，必要举行体系的理论研究来展现OS质料的构效干系。
2）从微观到宏观的多标准复合效应必要进一步研究。现在，大多数组件只在特定的标准范畴内是实用的，比方微米、亚微米和纳米标准。雷同于具有特定功效的自然有机体，更优秀、更高效的性能必要差别标准的组装体的共同。
3）在柔性OS及其相应设置装备摆设方面，其本钱布局和情况友爱性仍旧不敷。现在只有少数合成门路和组装要领思量了本钱题目和环保题目。
总结：作者扼要概述了相干质料中的要害布局组件，总结了化学布局设计的紧张原则及其对范围、尺寸和根本性能的影响，随后探究了多标准OS的组装题目。通过与传统的组装要领相联合，一些新的制备计谋集成了化学调控和操纵生长的上风。作者随后从器件范围的角度概述了OS在现实器件中的应用，包罗单分子器件和大标准器件。别的，还商议了集成器件的布局-性能干系。最终扼要概述了多标准OS的将来研究偏向。
原文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102811
泉源：高分子科学前沿
投稿模板：
单篇报道：上海交通大学周涵、范同祥《PNAS》：薄膜一贴，从今降温不消电！
体系报道：加拿大最年轻的两院院士陈忠伟团队能源范畴结果集锦
