高迁移率液晶有机半导体材料
有机电子器件以其易加工、低成本等特性吸引了全世界学术界和产业界的目光。有机薄膜晶体管在柔性器件、智能卡及电子纸等领域将会有广泛的应用。如何获得迁移率高、空气稳定性好及具有良好的溶解性的有机半导体材料，仍是这一领域的挑战。液晶(Liquid crystal, LC)是一种介于固体与液体之间、具有规则性分子排列的有机化合物。它除了兼有液体和晶体的某些性质如流动性、各向异性等外，还具有其独特的物理性质。正是因为液晶的独特性质及在不同液晶相态下具有独特的分子排列方式，近年来，科研工作者开始关注有机液晶材料在有机薄膜晶体管中的应用。
最近，北京大学新材料学院孟鸿教授团队与美国普林斯顿大学Yueh-Lin Loo 教授团队合作，合成了一个空气稳定的棒状液晶小分子材料2-(4-十二烷基苯基)[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩(C12-Ph-BTBT)，这个材料具有高度有序的近晶相SmX(X = K or H)液晶相态，在有机薄膜晶体管中表现出了高的载流子迁移率和热稳定性。通过结构表征发现，真空蒸镀的薄膜以单分子层方式堆积在衬底的表面。薄膜在近晶相SmX相态温度范围内退火，薄膜表面发生了明显的变化，薄膜分子重新排列，形成了较大的晶粒（平均直径8 mm）。薄膜分子以双分子层形式堆积在衬底的表面。溶液中获得的单晶结果显示，分子以头对头的方式排列。这些现象说明薄膜在SmX相态温度下退火之后，薄膜分子重新排行，形成了与单晶分子堆积类似的排列方式。这一排列方式将有利于载流子的传输。不经退火的有机薄膜晶体管器件迁移率仅为1.7±0.27 cm2V-1s-1。器件在近晶相SmX相态下退火，迁移率为3.4±0.4 cm2V-1s-1。而薄膜在近晶相SmX相态下退火之后制备的器件，最大迁移率达到了8.7 cm2V-1s-1。实验结果说明薄膜在SmX相态下退火，薄膜分子进行了重新排列，形成了有利于空穴传输的分子排列。我们相信，液晶半导体材料C12-Ph-BTBT具有作为下一代新型柔性电子产品关键材料的潜力。同时，可以为设计新的有机半导体材料提供借鉴。
本研究工作以论文形式发表在Advanced Electronic Materials ( DOI: 10.1002/aelm.201600179)上，并被选为当期的封底文章。第一作者为北京大学新材料学院贺耀武博士，北京大学新材料学院孟鸿教授，Osamu Goto研究员和美国普林斯顿大学Yueh-Lin Loo 教授为共同通讯作者。
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