材料科学与工程学院先进高分子材料研究所刘旭影教授团队在柔性电子材料、薄膜工艺、器件集成技术以及器件物理领域取得系列进展。
柔性电子材料因其独特的可溶液加工、本征柔性和良好生物兼容性，已经在可穿戴器件、智能医疗器械、军事航天等领域获得应用。然而，在柔性半导体、柔性电极和绝缘层以及其相互界面方面，仍存在多个挑战性工艺和理论问题，亟待解决。
围绕溶液法制备柔性存储器阻变机制不明确的问题，该团队提出利用新型有机自由基分子作为活性层，和多种贵金属作为电极构筑存储器件的策略。该研究工作设计合成了一系列以高迁移率[1]苯并噻吩[3,2-b]苯并噻吩（BTBT）为共轭骨架的棒状Blatter自由基（CBR）衍生物。研究发现，与大共轭有机半导体主链相连的Blatter自由基衍生物具有双稳态氧化还原特性与溶液成膜性，并且这些CBR衍生物的开关比可以达到106，保留时间超过104秒。此外，通过合理的分子结构设计与优化，可以对其阻变存储行为进行调控，包括一次写入多次读取存储器（WORM）、闪存存储器（FLASH）以及动态随机存储器（DRAM）等。这一发现为Blatter自由基分子在有机存储应用奠定了基础，并为电荷转移动力学和氧化还原开关机制研究提供了借鉴。相关成果 “Calamitic Blatter Radicals for Large-Area Solution-Coated Resistive Memories”发表在材料领域权威期刊Advanced Functional Materials。胡晓光副教授和刘旭影教授为通讯作者，硕士生侯妍为第一作者。
围绕溶液法制备柔性红外探测器灵敏度低、响应速度慢的问题，该团队设计了噻吩和呋喃桥接的Blatter双自由基 TP-D和FP-D。这些开壳单线态分子在近红外区域显示出宽而强的吸收光谱，并且没有检测到荧光。在1.0 W cm-2 的808 nm激光照射下，粉末样品可以在30秒内升温至200℃。TP-D和FP-D纳米颗粒水分散液在808 nm激光照射下表现出高达71.4%光热转换效率。将1.0 wt% TP-D或FP-D引入超热敏离子液体[OMIm][PF6]中用于近红外探测，在0.5 W cm-2的808 nm激光照射下具有极高的热响应值ΔG/G0，高达1100%。这项研究证实了双自由基光热材料在高灵敏度近红外光探测中的潜力。相关成果 “Diradicaloid Strategy for High-Efficiency Photothermal Conversion and High-Sensitivity Detection of Near Infrared Light”发表在材料光学领域权威期刊Advanced Optical Materials。胡晓光副教授和刘旭影教授为通讯作者，博士生李华清为第一作者。
围绕溶液法、印刷法制备柔性电子中金属/半导体界面电荷注入机制不完善的问题，该团队以二维材料导电电极为例，深入地分析了金半接触界面势垒的形成原因，全面探讨了调控界面势垒的策略，系统地阐述了如何通过调控金属电极功函数提高柔性电子器件电学性能的研究思路。该研究成果“MXene Contact Engineering for Printed Electronics”以综述形式发表在综合性权威期刊Advanced Science。刘水任副教授和刘旭影教授为通讯作者，硕士生武志云为第一作者。在实验中，该团队发现通过印刷法制备顶接触电极，可以有效避免有机半导体表面产生化学或物理缺陷，进而能够形成范德华接触界面，使金半接触势垒服从肖特基莫特法则，抑制费米能级钉扎效应，显著提升了印刷型薄膜晶体管电学性能。相关成果“High-Yield, Scaling-Up Fabrication of Fermi-Level-Pinning-Free Organic Thin-Film Transistor Arrays with Printed Van der Waals Contacts”全文刊登在预印本网站。刘旭影教授为通讯作者，硕士生武志云和刘水任副教授为共同第一作者。
以上成果第一单位和通讯单位均为郑州大学，并受到国家级人才项目、国家自然科学基金项目和河南省科技厅学科培育项目资助。
全文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202306056
https://doi.org/10.1002/adom.202300060
https://doi.org/10.1002/advs.202207174
https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.14092
