【儀表網 研發快訊】柔性傳感器在穿戴智能電子、具身智能、生物醫學成像等眾多領域具有廣闊的應用前景。近年來，基于共軛高分子光敏材料的有機光電探測器(OPDs)具有本征柔性、成本低、功耗低等優點受到廣泛關注。但受限于光敏層材料體系的發展，目前柔性OPDs器件仍面臨探測性能較低、機械穩定性偏差等問題，限制了其實際應用。
針對上述問題，青島能源所先進有機功能材料與器件研究組發展了一類新型聚合物給體材料(PBPyT)，并深入研究了分子結構與堆積形貌之間的關系，從而大幅提升柔性近紅外有機光電探測器的探測性能和機械穩定性。
圖1 PBPyT基聚合物給體的分子間相互作用調控與器件性能研究
具體而言，為提高光敏層薄膜的本征柔性和OPDs器件的探測性能，研究團隊提出了局域化分子堆積調控的分子結構設計理念，并通過引入噻二唑并吡啶(PyT)的強吸電子單元增強了聚合物鏈的分子間相互作用、優化了結晶域，實現光敏層中的快速電荷傳輸。同時，借助烷基噻吩橋的空間位阻效應引起的分子鏈扭曲，誘導局部無序堆積，形成應力耗散位點。系統揭示了“分子結構-堆積形貌-器件性能”之間的關鍵調控機制。基于新型聚合物給體PBFPyT的柔性OPDs器件能夠在制備和運行過程中減少性能損失，具有顯著提升的機械穩定性。另外，通過烷基側鏈對分子間相互作用和分子堆積的調控機制，進一步開發了具有出色性能和普適性的PBPyT-EH給體(PBPyT系列材料的一種)，其顯著提升的分子間相互作用，誘導光敏層中形成更加有序的π-π堆積形貌，促進電荷傳輸的同時高效抑制光敏層的缺陷態密度。
最終，基于PBPyT-EH的近紅外OPDs器件獲得了超低的暗電流噪聲(Jd = 1.88 nA/cm2)、出色的光響應度(R = 0.542 A/W)，以及優異的探測性能(D* = 2.2×1013 Jones)，是目前已報道的最高器件之一，將有助于推動OPDs的應用發展。
圖2 PBFPyT柔性器件的機械穩定性研究
相關研究成果發表在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal期刊上，第一作者為博士生劉銅。上述工作得到褚君浩院士的悉心指導，以及山東省自然科學基金、青島市自然科學基金和山東能源研究院專項資金項目的支持。
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