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近日，复旦大学材料科学系刘云圻、赵岩团队的AMR述评文章“Toward Efficient Charge Transport of Polymer-based Organic Field-effect Transistors: Molecular Design, Processing, and Functional Utilization”在线发表，从有机场效应晶体管中载流子有效输运的影响因素出发，梳理了高性能聚合物半导体在分子设计、加工工艺及功能化应用方面的研究进展，并对聚合物基有机场效应晶体管的发展进行了展望。欢迎感兴趣的读者提问交流。
作者团队简介
刘云圻：物理化学家，中国科学院院士，第三世界科学院院士。1975年毕业于南京大学化学系，1991年在日本东京工业大学获博士学位。长期从事分子材料与器件的研究。总结发展了高性能分子材料的设计思想和提出了性能调控的新方法。证实了扩展π体系是实现高迁移率的重要途径，合成了具有优异光电性能的新型π共轭分子材料。首次提出了液态铜催化剂生长石墨烯的概念，获得了高质量单晶石墨烯；制备了第一个氮掺杂的石墨烯，实现了对石墨烯电学性能的调控；开拓了在介电层上直接生长石墨烯的新方法。揭示了界面对器件性能的影响规律，开发了新的溶液法加工技术，实现了器件的多功能化。发表SCI论文700余篇（他引5万余次，h因子大于110），获授权中国发明专利80项，出版专著1部及19章节，在国内外学术会议上做大会/主题报告150余次。2007，2016，2019年获国家自然科学二等奖各一项，2017年度获北京市自然科学一等奖。2014–2021年连续入选汤森路透（科睿唯安）全球"高被引科学家"名录。曾任科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长，目前担任中国化学会有机固体专业委员会副主任、中国材料研究学会功能分子材料和器件分会主任和Nanoscale, ACS Materials Letter，SmartMat等6种期刊的编委/顾问委员会成员。
赵岩：复旦大学材料科学系青年研究员，博士生导师，海外高层次引进人才。于山东大学获得学士学位，中国科学院化学研究所获得博士学位，随后在美国普渡大学从事博士后研究。2018年加入复旦大学材料科学系，研究方向主要集中于聚合物半导体的加工工艺，聚合物晶体管的器件表征及其在柔性、可穿戴有机电子中的应用。在相关学术期刊发表论文70余篇，引用5000余次，申请中国、美国发明专利十余项，担任SmartMat、Chinese Chemical Letters期刊青年编委。
吴阳江：复旦大学博士后研究人员。2010年在东北大学获得应用物理学士学位，2015年在苏州大学获得凝聚态物理博士学位。主要研究方向为基于有机场效应晶体管的界面与介电层性质调控、器件设计与加工以及功能化应用。
文章内容简介
聚合物半导体具有优异的本征柔性特征，可在未来柔性电子中扮演重要角色。在过去的三十多年中，聚合物半导体的载流子迁移率获得的大幅提升，从最初的~10−5 cm2V−1s−1提高到如今的>10 cm2V−1s−1，促进了聚合物半导体在基础研究和应用领域的发展。近年来，聚合物半导体已被广泛应用于有机发光二极管、有机光伏以及有机场效应晶体管（OFET）中。在聚合物基OFET方面，沟道内的半导体性能决定了其应用范围，高性能聚合物半导体是其实现许多基于OFET器件应用的基础。例如，在逻辑电路或驱动电路中，需要沟道内的半导体具有较高的载流子迁移能力（一般需大于非晶硅的载流子迁移率）和良好的稳定性。当前，对聚合物基OFET性能的优化研究有助于其多种功能化应用的实现，受到研究者们的广泛关注。
一个工作中的OFET器件，载流子先从电极上连续注入进导电沟道，然后在导电沟道内受电场作用进行传输形成电流。因此，载流子注入和传输两方面过程决定了载流子的输运行为，进而影响OFET的宏观电学性质。在载流子注入方面，通过构建能级匹配的电极与聚合物半导体，可实现载流子的有效注入；在载流子传输方面，对OFET沟道内导电通道性质的优化，可实现载流子的有效传输。如今对聚合物基OFET性能优化的研究，基本上都从载流子的注入和传输两方面优化入手。近年来，施主–受主（D–A）型共轭聚合物分子设计多样灵活，且可有效进行能级调控，已逐渐成为高性能聚合物半导体的主流材料体系。然而，对聚合物基OFET性能的优化面临以下挑战：OFET器件的空气稳定性仍存在不足，特别是对于n型和双极型性能而言；聚合物半导体的输运机制复杂，并且其多层级凝聚态结构难以调控。
在这篇Account中，我们梳理了近年来课题组基于OFET器件，在高性能D–A型共轭聚合物的分子设计、制造工艺和功能化应用方面的研究进展。对D–A型共轭聚合物主链和侧链进行的适当分子设计，可显著促进载流子的注入和器件在空气中的稳定性，并有利于传输路径的建立以及缺陷密度的降低，从而实现高效载流子传输。对OFET器件制备工艺的优化可调控聚合物半导体的多层级凝聚态结构，进一步提高其载流子迁移率和稳定性。所制备的高性能OFET器件不仅可以应用在小规模逻辑电路中，还能够应用于模拟人类复杂的感知系统，在未来柔性电子领域具有广阔的应用前景。
AMR：
请问您选择该领域的初心是什么？
刘云圻：
材料，既是人类进化的里程碑，也是划分时代的标记。回顾人类社会，最早是石器时代，然后是铜器时代、铁器时代，近几十年则是以硅为基础的硅时代。人类在不断进化，时代也在不停发展，而下一个时代的标志性材料有可能是分子材料。从尺度角度而言，材料从体材料到微米材料、纳米材料，最终发展到分子原子。从学术前沿来讲，研究分子材料也到时候了。从科学发展角度来说，研究分子材料代表了一个时代，也代表了前进的方向。石器时代结束了，并不是石头用光了，掌握更高级的材料能让我们在接下来的发展竞争中占据主动地位。
AMR：
请问您对这个领域的发展有何种愿景？
研究团队：
聚合物半导体具有本征柔性和生物兼容性，在柔性电子和生物电子中具有独特的优势。当前，聚合物半导体的载流子迁移率已超过非晶硅，并且其电学性能的稳定性已经可以满足部分简单的应用需求。未来，随着载流子迁移率的进一步提升和电学稳定性的不断改善，聚合物半导体将在可穿戴电子和生物电子方面展现出巨大潜力。
AMR：
请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！
研究团队：
基础研究方面，半导体聚合物中载流子输运的机制还未完全清楚，还需要持续研究，为有机半导体领域的发展提供理论指引。应用研究方面，本征柔性显示屏是未来工作的一个重要方向。这里讲的本征柔性屏与市面上已有的通过物理柔性或结构柔性实现的柔性屏有本质区别，而是这个材料本身是柔性的并可拉伸，是更高层次的柔性。科学技术往往打破常识，带给人全新的生活方式。终极的柔性将为人们开启全新的生活，让人无限期待。
AMR：
请问您有什么科研心得想分享给读者们？
刘云圻：
好奇心是科研世界的钥匙。某种程度上来讲，始终保持好奇心就是科学家的“不忘初心”，好奇心之下的世界就是一项又一项杰出的科研成果，是对于研究领域一次又一次的推动。不管你年龄几何，一颗好奇心就是科研世界的钥匙。做科研的本质是创新，要做别人没做的事情。科学研究具有不确定性、不可预见性、不可计划性。真正的原创性工作不是计划出来的，而是偶然碰到的，这就需要保持好奇心。
AMR：
请问您对该领域的人才培养有何种倡议？
刘云圻：
文章的数量，引用次数以及荣誉不是培养一位学生的唯一目的。要培养学生享受着科学世界的一切，不断成长。我希望科研人着重培养学生的以下几点。一是要有一定追求。在学生时期要以学业为主。至于学成以后的职业选择，人各有志，成功的标准也不统一。但是学生时期，就应该踏踏实实做好自己的本分，出成果、出人才。二是要努力。学生时期，就应该努力投入学术，做基础研究就要发高质量的文章，做应用研究就要转化为生产力。社会竞争激烈，机会是留给少数人的，是给有准备的人的。既然是想要做科研，那就要努力把它做到最好。要持之以恒，三天打鱼两天晒网，那肯定不行的。三是做科研要创新，要动脑筋。科研和其他工作很大的区别在于，科研更多的部分是脑力劳动，这需要研究者保持对学术前沿的敏感性并且具有敢于开拓的意识。
扫码阅读刘云圻、赵岩团队的精彩Account文章：
Toward Efficient Charge Transport of Polymer-based Organic Field-effect Transistors: Molecular Design, Processing, and Functional Utilization
Yangjiang Wu, Yan Zhao*, and Yunqi Liu*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.1c00149
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