我國(guó)絕緣高分子復(fù)合材料研究取得重大突破

日前，中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所楊小牛研究員課題組在半導(dǎo)體/絕緣體高分子復(fù)合材料研究取得重大突破，其研究結(jié)果被國(guó)際著名期刊《先進(jìn)功能材料》以 “卷首插畫”的形式給予重點(diǎn)報(bào)道。

在傳統(tǒng)觀念中，絕緣體會(huì)阻礙電荷傳輸，因此一般來(lái)講，在半導(dǎo)體/絕緣體復(fù)合材料中，絕緣相往往扮演著降低材料電學(xué)性能的角色。然而近年來(lái)研究人員發(fā)現(xiàn)，在 特定外場(chǎng)條件下，復(fù)合材料二維表面處的載流子遷移率并不差。楊小牛課題組首次在體相半導(dǎo)體/絕緣高分子復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了絕緣基質(zhì)增強(qiáng)的半導(dǎo)體電荷傳 輸現(xiàn)象，隨后將這一規(guī)律推廣到無(wú)特定外場(chǎng)條件下的三維體系，并用更普適性的物理量—電導(dǎo)率來(lái)論證了這一點(diǎn)。

通過(guò)控制聚噻吩/絕緣聚合物共混物制備過(guò)程中結(jié)晶和相分離的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，可抑制大尺度的兩相分離，由此得到均勻的半導(dǎo)體/絕緣體復(fù)合材料。這種材料表現(xiàn)出絕緣基質(zhì)增強(qiáng)的半導(dǎo)體電荷傳輸現(xiàn)象。研究人員認(rèn)為，載流子以極化子形式在復(fù)合材料中進(jìn)行傳導(dǎo)。由于絕緣基質(zhì)極化率較低，極化子在半導(dǎo)體/絕緣體界面處傳輸時(shí)受到周圍極化環(huán)境的影響較小，有助于降低界面處的電荷傳輸活化能，由此提高了兩相界面處的載流子遷移率。

從此意義上講，對(duì)于兩相共混體系，增強(qiáng)的體相電荷傳輸性質(zhì)需要滿足下列3個(gè)條件：首先，鑒于電荷主要在共混兩相界面?zhèn)鬏?，絕緣聚合物的介電常數(shù)必須足夠低才可能降低電荷傳輸活化能，從而有效提高半導(dǎo)體相的載流子遷移率;其次，半導(dǎo)體/絕緣體兩相相分離尺度需要足夠小，才能大幅提高兩相接觸界面;第三，要求半導(dǎo)體相要有較好的連續(xù)性，有利于減小電荷傳輸?shù)淖枇Α?/p>

在半導(dǎo)體聚合物中通過(guò)共混引入通用絕緣聚合物，不僅可以提高其電學(xué)性能，而且可降低基于塑料的柔性電子器件的成本，提高其柔韌性和環(huán)境穩(wěn)定性。