半導體／絕緣高分子復合材料研究取得重大突破

　　中國科學院長春應用化學研究所楊小牛研究員課題組在半導體/絕緣體高分子復合材料研究取得突破，其研究結果被國際著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials 2010, 20, 1714）以“卷首插畫”的形式予以重點報道。

　　在人們的傳統觀念中，絕緣體會阻礙電荷的傳輸。因此，一般來講，在半導體/絕緣體復合材料中，絕緣相往往扮演著降低材料電學性能的角色。然而，近年來人們發現，在特定外場條件下復合材料二維表面處的載流子遷移率并不比預想的差。楊小牛研究員課題組首次在體相半導體/絕緣高分子復合材料中發現并確認了絕緣基質增強的半導體電荷傳輸現象(Macromolecules 2007, 40, 6579), s隨后他們將這一規律推廣到無特定外場條件下的三維體系，并用更普適性的物理量—電導率來論證這一點，獲得以上研究成果。

　　通過控制聚噻吩/絕緣聚合物共混物制備過程中結晶和相分離的競爭關系，可抑制大尺度的兩相分離，由此得到均勻的半導體/絕緣體復合材料。這種材料表現出了絕緣基質增強的半導體電荷傳輸現象。我們認為，載流子以極化子形式在復合材料中進行傳導，由于絕緣基質極化率較低，極化子在半導體/絕緣體界面處傳輸時受到周圍極化環境的影響較小，這有助于降低界面處的電荷傳輸活化能，由此提高了兩相界面處的載流子遷移率。從這個意義上講，對于兩相共混體系，增強的體相電荷傳輸性質需要滿足下列三個條件：首先，鑒于電荷主要在共混兩相界面傳輸，絕緣聚合物的介電常數必須足夠低才可能降低電荷傳輸活化能，從而有效提高半導體相的載流子遷移率；其次，半導體/絕緣體兩相相分離尺度需要足夠小，才能大幅提高兩相接觸界面；最后，要求半導體相要有較好的連續性，有利于減小電荷傳輸的阻力。

　　在半導體聚合物中通過共混引入通用絕緣聚合物，不僅可以提高其電學性能，而且可降低基于塑料的柔性電子器件的成本，提高其柔韌性和環境穩定性。本工作通過討論半導體/絕緣體共混物電荷傳輸增強的物理機制，明確了獲得具有高導電能力復合材料的制備工藝和途徑。

　　該研究得到國家自然科學基金(20874100, 20925415, 20990233)和創新研究群體科學基金(50621302)的支持。