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有读书笔记From computational discovery to experimental characterization of a high hole mobility organic crystal

唐唐 添加于 2011-8-23 03:10 | 2250 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Sokolov AN, Atahan-Evrenk S, Mondal R, Akkerman HB, Sánchez-Carrera RS, Granados-Focil S, Schrier J, Mannsfeld SCB, Zoombelt AP, Bao Z, Aspuru-Guzik A

  •  摘 要

    For organic semiconductors to find ubiquitous electronics applications, the development of new materials with high mobility and air stability is critical. Despite the versatility of carbon, exploratory chemical synthesis in the vast chemical space can be hindered by synthetic and characterization difficulties. Here we show that in silico screening of novel derivatives of the dinaphtho[2,3-b:2′,3′-f]thieno[3,2-b]thiophene semiconductor with high hole mobility and air stability can lead to the discovery of a new high-performance semiconductor. On the basis of estimates from the Marcus theory of charge transfer rates, we identified a novel compound expected to demonstrate a theoretic twofold improvement in mobility over the parent molecule. Synthetic and electrical characterization of the compound is reported with single-crystal field-effect transistors, showing a remarkable saturation and linear mobility of 12.3 and 16?cm2?V?1?s?1, respectively. This is one of the very few organic semiconductors with mobility greater than 10?cm2?V?1?s?1 reported to date.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nature Communications
    • 期刊缩写: Nat Comms
    • 期卷页: 2011年  第2卷 437页
    • ISBN: 2041-1723

  • 学科领域 工程技术 » 动力与电气工程

  •  所属群组

    工程学综合  

  • 相关链接 DOI URL 

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    新方法大幅缩短有机半导体材料研发时间
    有机半导体在柔性显示器领域拥有巨大潜力，但其仍然达不到驱动高清显示屏所需要的速度。硅等无机材料运行速度更快更耐用，但却无法弯曲，因此寻找一种运行速度快的柔性有机半导体就成为当务之急。
     
    据美国物理学家组织网8月18日（北京时间）报道，美国科学家开发出一种新的计算预测方法，可将新有机半导体材料的研发过程节省几个月甚至几年，并利用新方法研发出一种目前运行速度最快的新有机半导体材料。相关研究发表在8月16日出版的《自然—通讯》杂志上。
     
    在提高有机电子材料性能的研制中，研究人员通常需要合成出大量备选材料并对其进行测试，这不仅耗费时间而且经常会失败。而新计算预测方法则可大大缩小备选材料的范围，以节省成本。
     
    科学家对这种方法的可行性进行了初步实验。首先，他们选用一种已被验证为性能良好的有机半导体材料（名为DNTT）作为初始材料，接着研究了其他一些与DNTT结合在一起有可能加强其性能的、具有不同化学和电学特征的化合物，最终选出了7个备选物质。
     
    半导体能快速将电荷从一个地方运送至另一个地方，其性能取决于这种材料结合电荷的能力以及电荷在这种材料的分子间的移动速度。
     
    利用新方法，科学家们预测，如果对这7种物质进行修改，借用其修改后有望拥有的化学和结构 特性，其中的2种物质接受电荷能力最强，而这两种物质中的一种物质内，电荷显然能在其分子间更快速地移动，其运行速度会达到初始物质的两倍。他们随后历时 一年半对这种新物质的合成过程进行了完善并对其进行了充分测试，测试结果证实，修改后的新材料的运行速度是初始物质的两倍，而且，新材料的运行速度是目前 液晶显示屏中非晶硅的30多倍。
     
    “合成并厘清这7种备选化合物的性质通常要几年时间，而使用新方法，我们能从理论上预测出性能最好最有潜力的备选对象，因此有望更快设计出高性能材料。”参与该研究的斯坦福大学化学工程副教授鲍哲南（音译）表示。
     
    领导该研究的哈佛大学化学和化学医学副教授艾伦·阿斯普鲁-古济克表示，新预测方法不仅可使寻找更好有机半导体材料的科研团队受益，也有助于研制出更高效的有机太阳能电池材料。（来源：科技日报 刘霞）
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