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2019/04/11 汉阳新闻 > 学术 > 이달의연구자

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[本月研究者] 城明茂教授(化学专业)

通过有机传导物质实现全世界最高效的传输

글로벌뉴스팀

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/cJmw

内容

         用于我们身边的电子产品大部分使用的是无机半导体。少数情况也会使用有机半导体制造电子产品,但相比无机半导体,有机半导体的电解流动速度迟钝很多,因而很少单独投入使用。化学专业城明茂教授通过其开发的名为“PCDTPT”的单晶体高分子纳米金属丝,将现有有机半导体的电解速度提高到原来的10倍以上。也就是说,为有机半导体赋予了相当于无机物的导电性。在未来非常有可能用有机半导体代替现有的无机半导体,从而大大推进产业革新的进程。


        早在1997年就发现了有机半导体具备导电性的特点。此后,利用有机半导体制造电子产品的革新性尝试持续不断。随着反复尝试,获得阶段性实验成功的“智能手表”、“三星OLED”产品等被称为“柔性显示器(Flexible display)”的有机半导体电子产品开始在市场上出现。随着由有机物质制成的产品陆续出现,逐渐证明了有机半导体的实用性。但是,如果只生产与无机半导体相比电解速度较低的有机半导体产品,则会导致其产品的运行速度缓慢,而且安全性也得不到保障,因而各种问题也随之出现。因为电解速度直接决定产品的运行速度,所以这一领域的提升就变得十分重要。因此,至今大部分使用的是有机和无机半导体相配合的产品。
 
▲ 化学学系城明茂教授表示:“为了促进有机半导体产业的发展活力,应该制造导电速度更高、更安全的有机半导体。”

        据悉,在此之前的有机半导体由于性能和稳定性较差,大范围应用受到很多限制。城教授用10年时间开发出的“PCDTPT”单晶体纳米丝有望彻底改变这一格局。“PCDTPT”单晶纳米丝是单晶高分子纳米丝,具有轻便稳定、性能优越的特点,而且可以在广阔的领域用较低廉的成本轻松实现生产。在廉价的大型电子产品领域也很有可能得到应用。另外,单晶体PCDTPT纳米丝与小型分子有机半导体相比,在大气条件下也表现出良好的环境稳定性。


         城教授将有机半导体的最大缺点——“电荷流速”提高到原来的10倍以上。例如在开发前是10个左右的“mobility”(电子的移动速度),而如今可以达到接近100的“mobility”记录。虽然此前一直被告知还未具备如此高的传输速度,但是城教授还是解决了这个问题。能够将传输速度提高10倍以上的原因在于“PCDTPT”纳米丝独特的分子结构。普通的有机半导体纳米丝的分子板并排排列在一起,电荷沿着排列的方向移动。但“PCDTPT”的纳米丝与之不同,电荷会以90度不同的方向移动,因此能够颠覆性地实现更高性能。 

 
 
▲ (a) PCDTPT(单晶纳米丝)的生产过程. (b)生产完成的样子 . 最后一张图片可以看到一根根单晶纳米丝的样子. (论文名: Single-Crystal Poly[4-(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[1,2-b:5,4b′]dithiophen-2-yl)-alt-[1,2,5]thiadiazolo[3,4‑c]pyridine] Nanowires with Ultrahigh Mobility)
 
▲这张图片资料能够一目了然地看到单晶体传导速度的变化。(a)典型的纳米丝元件结构。展示了电极之间整齐排列的单晶纳米丝。(b)单晶PCDTPT 纳米丝的普通输出电流-输出电压(ID/VD)的输出曲线。(c)单晶PCDTPT 纳米丝的普通输出电流- 端口电压(ID/VG)的传输曲线(VD = -80 V)。
 

       城教授补充到:“这是现今有机半导体中最优秀的传输性能”,“通过该技术,可以将所有显示器制造得更柔软。”同时还在进行为有机半导体加入喷墨技术的研究。如果将OLED生产成墨水喷墨,相比现在高价的固态设备,可以实现更低廉、更便携的移动显示器。城教授表示:“通过此次研究,离有机半导体的无限可能性更近了一步。”
 
▲ 长期默默无闻持续研究的城明茂教授表示:“我们的目标是通过柔性元件创造出有益全人类的产品。”
 
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