背景
近十年來,有機(jī)電子器件開發(fā)呈現(xiàn)迅猛增長的態(tài)勢。柔性薄膜電子電路、傳感器、顯示器、太陽能轉(zhuǎn)換器和電池、LED以及其他元器件,已經(jīng)在產(chǎn)品包裝(智能包裝)、智能服裝(可穿戴電子、電子織物)、電子皮膚、機(jī)器人與義肢(特別是對于觸摸、壓力、冷熱敏感的智能義肢與外骨骼)等領(lǐng)域找到了有價值的應(yīng)用。
基于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)的智能眼鏡顯示屏(圖片來源:Fraunhofer FEP)
有機(jī)光伏太陽能電池以及電池結(jié)構(gòu)的原理圖(圖片來源:大阪大學(xué))
有機(jī)薄膜晶體管(圖片來源:Rob Felt,佐治亞理工學(xué)院)
有機(jī)電子器件的進(jìn)一步發(fā)展,將在經(jīng)典的“固態(tài)”電子器件與生命體(例如人體)之間創(chuàng)造出一個功能接口。智慧醫(yī)療實現(xiàn)了對人體狀況的持續(xù)監(jiān)測,可及時響應(yīng)疾病的最初跡象并作出相應(yīng)的調(diào)節(jié),將改變傳統(tǒng)醫(yī)療保健的“游戲規(guī)則”。它聚焦于預(yù)防而不是在疾病晚期進(jìn)行治療。在疾病晚期,各種各樣的醫(yī)療手段也不足以挽救病人的生命或者改善病人的生活質(zhì)量。
監(jiān)測心率、呼吸、肌肉運(yùn)動等健康數(shù)據(jù)的電子皮膚(圖片來源:大邱慶北科學(xué)技術(shù)院)
有機(jī)電子器件的實際應(yīng)用需要完全開發(fā)出所有的功能元件,包括有機(jī)存儲元件。從這個角度看,讓人特別感興趣的是光致變色化合物,其分子天生就是單比特存儲單元。當(dāng)受到光線照射時,這些存儲單元會在兩個準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)之間經(jīng)歷可逆的異構(gòu)化(類似二進(jìn)制系統(tǒng)中的“0”和“1”)。
(圖片來源: Paolo Samori/法國斯特拉斯堡大學(xué)與法國國家科學(xué)研究中心)
不幸的是,目前技術(shù)能力的缺乏,使之幾乎無法穩(wěn)定切換并記錄單分子的狀態(tài)。這意味著,光致變色分子需要集成到更大、更復(fù)雜的系統(tǒng)中。在這種系統(tǒng)中,從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個狀態(tài),將會產(chǎn)生一個能被捕捉到的響應(yīng),例如電信號。
早些時候,俄羅斯斯科爾科沃科技學(xué)院(Skoltech)教授特羅申(P.A. Troshin)的團(tuán)隊通過一種光敏的光致變色層開發(fā)出有機(jī)場效應(yīng)晶體管,論證了它們作為在多個電氣狀態(tài)之間進(jìn)行切換的光電開關(guān)的可能性。然而,迄今為止,光致變色材料結(jié)構(gòu)的效應(yīng)以及器件的電氣特性尚不清楚。
創(chuàng)新
近日,來自俄羅斯斯科爾科沃科技學(xué)院、俄羅斯科學(xué)院化學(xué)物理問題研究所、俄羅斯科學(xué)院澤林斯基有機(jī)化學(xué)研究所的研究人員在特羅申教授領(lǐng)導(dǎo)下,發(fā)現(xiàn)了光致變色分子的結(jié)構(gòu)與采用這些成分構(gòu)造的存儲器件的電氣特性之間的關(guān)系。他們的研究為合理設(shè)計有機(jī)電子器件的新型功能材料開辟了新的機(jī)遇。他們的研究成果發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry С》上,并出現(xiàn)在該雜志的封面頁上。
技術(shù)
論文第一作者 Dolgor Dashitsyrenova 表示:“我們研究了基于有機(jī)場效應(yīng)管的光學(xué)存儲元件中三種結(jié)構(gòu)相似的光致變色材料,并且在對于這些特性例如開關(guān)速度和幅度、存儲窗口寬度、多數(shù)據(jù)讀寫擦除模式中的操作穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)分析后,發(fā)現(xiàn)了一些意義重大的模式。我們展示了,二芳基乙烯橋基團(tuán)中的一個羰基,使開關(guān)變得更容易,同時降低了誘導(dǎo)狀態(tài)的穩(wěn)定性。相反,具有不可替代的丙烯橋以及相對較窄的存儲窗口的光致變色化合物,保證了可靠的開關(guān)和設(shè)備的長期穩(wěn)定性。”
價值
Dashitsyrenova 稱:“我們發(fā)現(xiàn)了光致變色化合物分子結(jié)構(gòu)與采用這些材料制成的設(shè)備的電氣特性之間關(guān)聯(lián),為合理開發(fā)新一代的有機(jī)存儲元件和光電探測器材料奠定了堅實的基礎(chǔ)?!?
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