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　　有機(jī)電視、電子紙、有機(jī)照明、有機(jī)太陽能電池……對普通人而言，“有機(jī)電子學(xué)”的概念可能是陌生的，但其應(yīng)用已經(jīng)走進(jìn)了人們的視野。據(jù)國際知名有機(jī)電子咨詢機(jī)構(gòu)IDTechEx計(jì)算，有機(jī)電子器件在未來的20年里，有可能占據(jù)3000億美元的市場份額，成為一個龐大的商業(yè)領(lǐng)域。
　　在有機(jī)電子學(xué)中，有機(jī)場效應(yīng)晶體管是最基本的元器件之一，也是有機(jī)電路的基礎(chǔ)和核心。對于化學(xué)家而言，如何從結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系出發(fā)，設(shè)計(jì)、合成綜合性能優(yōu)異的有機(jī)場效應(yīng)材料等科學(xué)問題，已經(jīng)成為他們工作的重心。
　　多年來，中國科學(xué)院化學(xué)研究所科研人員圍繞有機(jī)場效應(yīng)晶體管基本的物理化學(xué)問題開展了多項(xiàng)卓有成效的工作，為這一未來“明星材料”的發(fā)展奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。今年，這些工作榮獲了2016年度國家自然科學(xué)獎二等獎。
　　發(fā)展有機(jī)場效應(yīng)材料
　　因?yàn)楸徽J(rèn)為不具有導(dǎo)電性質(zhì)，有機(jī)材料一直被廣泛用作絕緣材料。直到二十世紀(jì)70年代，美國科學(xué)家艾倫·黑格（Alan J.Heeger）等人發(fā)現(xiàn)，對聚乙炔分子進(jìn)行摻雜能將其變成良好的導(dǎo)體，掀起了有機(jī)功能材料的革命。
　　有機(jī)場效應(yīng)晶體管便是有機(jī)功能材料的應(yīng)用之一。和其他場效應(yīng)晶體管一樣，有機(jī)場效應(yīng)晶體管的原理也是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流，不同之處在于，其利用有機(jī)半導(dǎo)體材料充當(dāng)運(yùn)載電荷的“載流子”傳輸層。提高遷移率是這一領(lǐng)域科學(xué)家共同追求的目標(biāo)。
　　1996年以來，中科院化學(xué)所胡文平開始從事有機(jī)場效應(yīng)晶體管的研究?！拔覀儚慕Y(jié)構(gòu)和能量出發(fā)設(shè)計(jì)分子?！焙钠礁嬖V《中國科學(xué)報(bào)》記者。原理上，分子密堆有利于電荷快速傳輸，獲得高遷移率，但分子間斥力會讓分子密堆變得困難。
　　項(xiàng)目組通過系列研究，發(fā)現(xiàn)“分子二維平面磚狀堆積”能有效突破這一矛盾。例如，胡文平和同事們發(fā)現(xiàn)，α相酞菁氧鈦（TiOPc）分子具有金字塔形的特異結(jié)構(gòu)，能夠形成良好的“二維平面磚狀堆積”，遷移率高達(dá)10 cm2V-1s-1。這在當(dāng)時(shí)是遷移率最高、性能最好的場效應(yīng)材料。
　　開拓有機(jī)微納晶電子學(xué)
　　在科學(xué)家們看來，有機(jī)晶體承擔(dān)著正確評價(jià)半導(dǎo)體材料、揭示材料本征性能的使命。然而，有機(jī)晶體因生長困難難以制備器件，所以，對有機(jī)半導(dǎo)體的構(gòu)效關(guān)系研究是有機(jī)電子學(xué)面臨的長期挑戰(zhàn)。而有機(jī)微納晶生長快速，能有效克服有機(jī)晶體生長的挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)對材料的高效表征。
　　“將有機(jī)晶體與微納器件有機(jī)地結(jié)合起來，能夠建立和發(fā)展新的學(xué)科方向?！焙钠街赋觥６嗄陙?，他帶領(lǐng)項(xiàng)目組開展了有機(jī)微納晶的多項(xiàng)相關(guān)研究。項(xiàng)目組從分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力出發(fā)，通過界面能、晶面能等生長參數(shù)的調(diào)控，發(fā)明了“物理氣相外延”等方法生長規(guī)整的有機(jī)微納晶，完善了生長理論。
　　同時(shí)，研究人員通過“微納線模板法”，制備了場效應(yīng)晶體管，實(shí)現(xiàn)了利用有機(jī)微納晶高效揭示材料本征性能、構(gòu)筑高性能器件的目標(biāo)。英國皇家學(xué)會院士、劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室教授亨寧·西林豪斯（Henning Sirringhaus），美國工程院院士、斯坦福大學(xué)教授鮑哲楠，馬普高分子所原所長克勞斯·慕樂（Klaus Muellen）等業(yè)內(nèi)專家高度評價(jià)了這項(xiàng)工作，指出“這是第一個基于有機(jī)微納晶的場效應(yīng)晶體管，是遷移率最高、性能最好的單根線晶體管，是未來光電子集成的關(guān)鍵元件，也是后硅基計(jì)算機(jī)時(shí)代的希望”。
　　培養(yǎng)優(yōu)秀人才隊(duì)伍
　　對胡文平而言，探索之路沒有就此停止。截至2012年12月，全球有57種遷移率超過或接近無定型硅的有機(jī)半導(dǎo)體材料，胡文平及其合作者報(bào)道的就有15種。
　　不過，在胡文平看來，長期開展有機(jī)場效應(yīng)晶體管研究的收獲并不僅是獲得學(xué)術(shù)成果?！拔覀冊谘芯恐?，培養(yǎng)了大量優(yōu)秀的人才?！彼赋?。例如，項(xiàng)目組有學(xué)生先后多次獲得“中科院院長特別獎”，也有博士生在學(xué)位論文方面榮獲“中國科學(xué)院優(yōu)秀博士學(xué)位論文”“北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文”和“全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。
　　目前，胡文平的研究團(tuán)隊(duì)中已經(jīng)有15人成為教授?！八麄兌际俏覈袡C(jī)電子學(xué)研究的骨干和中流砥柱。”胡文平表示。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2017-03-02 第1版 要聞)