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15名院士学者综述:光电高分子材料的研究进展


2019-09-06 83

光电活性共轭高分子是高分子科学的前沿研究方向。共轭高分子光电材料的研究在中国引起了学术界的广泛兴趣,中国的学者们对推动此研究领域的发展做出了重要贡献,并在新的高性能光电共轭高分子的分子设计、新型及可控聚合、性能调控以及光电应用等方面取得了一系列重要的创新成果. 本文总结和评述了中国学者在光电高分子领域的研究成果与最新进展,并展望了其未来的发展。

  1977年,Heeger、MacDiarmid和Shirakawa 3位科学家(2000年诺贝尔化学奖获得者)发现了高分子导电现象,开创了光电高分子研究的先河。光电共轭高分子不仅具有金属或半导体的电子特性,同时还具有高分子优异的加工特性以及力学性能,能够采用低温溶液加工的方式制备大面积柔性光电子器件。由于这些独特优势,光电高分子的研究引起了国内外学术界及产业界的广泛关注,使光电高分子材料及其在相关光电器件中的应用得到了快速发展。例如白光高分子的聚合物发光二极管的功率效率已经突破50 lm/W,达到了荧光灯的效率水平,基于光电高分子的场效应晶体管已超过无定型硅的器件性能,高分子光伏器件的光电转换效率已超过了17%,显示出巨大的商业化应用前景。我国的光电高分子研究始于20世纪70年代末,基本与国际同步。在钱人元、王佛松、沈家骢、沈之荃、曹镛等前辈科学家的领导下,我国学者的研究早期集中于导电聚合物,从20世纪90年代开始逐步转向共轭高分子发光、光伏、场效应晶体管等光电子材料和器件的研究,取得了一批有重要影响的成果,对推动这一领域的发展做出了重要的贡献.。本文从光电高分子合成、光电高分子材料及应用和光电高分子理论研究3个方面对领域发展态势进行综述,特别总结了我国科学家在这一领域作出的重要贡献。

  本文概述了建国以来,特别是改革开放以来,我国科研工作者在光电共轭高分子材料领域取得的研究进展和作出的重要贡献。内容包括共轭高分子合成方法、导电高分子、电致发光高分子、光伏高分子、热电高分子、传感高分子、场效应晶体管高分子和光电高分子的理论研究等方面。光电高分子被发现和蓬勃发展的年代正值中国的改革开放以及中国加强与国际间的学术交流时期,我国科学家抓住了历史机遇,在光电高分子的一些方向上实现了从跟跑到并跑甚至到个别方向领跑的跨越。其中,电致发光高分子在彩色显示方面,蓝光、绿光和红光三基色高分子在色纯度和发光效率方面的持续提升,为实现高分子发光器件在平板显示器件方面的实际应用奠定了良好的材料基础。在固体照明方面,白光高分子的聚合物发光二极管的功率效率已经突破50 lm/W,达到了荧光灯的效率水平。基于光电高分子的场效应晶体管的电荷载流子迁移率已超过无定型硅的器件性能,高分子光伏材料不断创新、光电转换效率已超过了17%,显示出巨大的商业化应用前景。

  光电高分子的下一步发展应该更多地关注实际应用,让光电高分子造福人类,为我国的经济和社会发展做出贡献。在共轭高分子的合成方面,应该注重绿色、高效、低价合成方法的研究,注重高性能光电高分子的放大合成;在导电高分子方面,应该加强对新型透明导电高分子的开发和研究,争取实现其在柔性透明导电电极上的应用;在电致发光高分子方面,应该努力实现我国拥有自主知识产权的发光材料在有机发光二极管(OLED)生产线上的应用,打破OLED生产线上无中国发光材料的尴尬局面;在光伏高分子方面,在设计和合成新型高效光伏高分子材料的同时,应加强高性能光伏材料的合成方法研究,降低合成成本,开展柔性光伏器件的大面积制备技术和器件稳定性研究,争取率先在我国实现聚合物太阳电池的商业化应用;场效应晶体管高分子在进一步提高载流子迁移率的同时,需要分析实现实际应用存在的问题和挑战,向实现实际应用的方向努力;热电高分子仍处于起步阶段,热电高分子材料的分子结构、能级结构和微观聚集态与热电性能之间关系的系统性研究仍需加强;在高分子生物传感和成像方面,将生物复合共扼高分子材料用于临床重大疾病的诊断与治疗、相关的生命化学过程以及细胞水平的生物大分子识别研究有待进一步努力。

  总地来说,光电高分子材料已经成为一个热门的前沿研究领域,我国也有越来越多的研究学者投身其中,为该领域的发展做出了卓越的贡献。虽然近些年光电高分子材料发展迅速,但是实现高分子光电器件的大规模应用仍任重而道远。


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15名院士学者综述:光电高分子材料的研究进展 2019-09-06

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