新方法大幅缩短有机半导体材料研发时间

2011-8-19 09:34 来源: 中国科学院
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  有机半导体在柔性显示器领域拥有巨大潜力,但其仍然达不到驱动高清显示屏所需要的速度。硅等无机材料运行速度更快更耐用,但却无法弯曲,因此寻找一种运行速度快的柔性有机半导体就成为当务之急。

  据美国物理学家组织网8月18日(北京时间)报道,美国科学家开发出一种新的计算预测方法,可将新有机半导体材料的研发过程节省几个月甚至几年,并利用新方法研发出一种目前运行速度最快的新有机半导体材料。相关研究发表在8月16日出版的《自然·通讯》杂志上。

  在提高有机电子材料性能的研制中,研究人员通常需要合成出大量备选材料并对其进行测试,这不仅耗费时间而且经常会失败。而新计算预测方法则可大大缩小备选材料的范围,以节省成本。

  科学家对这种方法的可行性进行了初步实验。首先,他们选用一种已被验证为性能良好的有机半导体材料(名为DNTT)作为初始材料,接着研究了其他一些与DNTT结合在一起有可能加强其性能的、具有不同化学和电学特征的化合物,最终选出了7个备选物质。

  半导体能快速将电荷从一个地方运送至另一个地方,其性能取决于这种材料结合电荷的能力以及电荷在这种材料的分子间的移动速度。

  利用新方法,科学家们预测,如果对这7种物质进行修改,借用其修改后有望拥有的化学和结构特性,其中的2种物质接受电荷能力最强,而这两种物质中的一种物质内,电荷显然能在其分子间更快速地移动,其运行速度会达到初始物质的两倍。他们随后历时一年半对这种新物质的合成过程进行了完善并对其进行了充分测试,测试结果证实,修改后的新材料的运行速度是初始物质的两倍,而且,新材料的运行速度是目前液晶显示屏中非晶硅的30多倍。

  “合成并厘清这7种备选化合物的性质通常要几年时间,而使用新方法,我们能从理论上预测出性能最好最有潜力的备选对象,因此有望更快设计出高性能材料。”参与该研究的斯坦福大学化学工程副教授鲍哲南(音译)表示。

  领导该研究的哈佛大学化学和化学医学副教授艾伦·阿斯普鲁-古济克表示,新预测方法不仅可使寻找更好有机半导体材料的科研团队受益,也有助于研制出更高效的有机太阳能电池材料。