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有機發(fā)光場效應晶體管是一種兼具場效應晶體管和發(fā)光二極管兩種器件功能的光電集成器件，在下一代變革性柔性顯示方面具有潛在重要應用。高性能有機發(fā)光場效應晶體管器件的構筑需要核心材料體系兼具高遷移率和強發(fā)光特性，但該類材料的設計合成一直面臨巨大挑戰(zhàn)，限制了有機發(fā)光場效應晶體管及其相關應用器件的研究。 

近年來，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中國科學院化學研究所有機固體實驗室研究工作者提出了通過可自由旋轉(zhuǎn)碳-碳單鍵協(xié)同調(diào)控分子共軛和立體構象獲得光電集成材料的分子設計新策略，以蒽為核，成功地發(fā)展了系列蒽衍生的高遷移發(fā)光有機半導體材料，推動了新型高遷移率發(fā)光材料及發(fā)光晶體管器件的研究(Nat. Commun. 2015, 6, 10032; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17261; Adv. Mater. 2019, 1903175; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, doi: 10.1002/anie.202002644)。

高遷移率發(fā)光材料LD-1的分子及其晶體的熒光照片 

最近，基于上述光電集成分子的設計思想，研究者進一步以具有優(yōu)異發(fā)光特性的芴作為核心結(jié)構基元，利用碳-碳在其2,7位引入苯環(huán)拓展分子共軛結(jié)構，設計合成了兼具優(yōu)異電荷傳輸和高發(fā)光性能的新型2,7-二苯基芴分子(LD-1)分子。有機場效應晶體管測試LD-1分子的載流子遷移率為0.25 cm² V^-1 s^-1，單晶熒光量子產(chǎn)率達60.3%，基于該分子進一步成功構筑的有機發(fā)光場效應晶體管器件展現(xiàn)了強的電致發(fā)光特性和柵壓調(diào)控放大能力。這一研究工作進一步豐富了高遷移發(fā)光有機半導體的材料體系，為有機發(fā)光場效應晶體管及相關功能器件研究奠定了基礎。相關研究工作近期發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6332-6339上，并被選為期刊封面文章。通訊作者是董煥麗研究員，第一作者是博士研究生劉單。