有机共轭分子材料是依赖分子间范德华力等弱相互作用聚集的功能材料，具有结构可设计、性能易调控、低温制程和轻质柔性等特点，在信息技术、能源转化和智能感知等前沿交叉领域具有广阔的应用前景。近半个世纪，有机共轭分子材料在电致发光、光伏发电和电荷传输方面的诸多研究进展颠覆了人们对共轭分子的传统认知，催生了规模庞大的电致发光产业和多个交叉前沿方向。虽然这一领域得到了快速发展，但是也面临载流子迁移率低、稳定性差等瓶颈问题，影响了进一步功能探索和应用发展。

近日，刘子桐教授课题组发展了一种利用自掺杂手段获得兼具高性能与稳定性晶体管器件的新方法。他们选取P(NDI2OD-T2)的类似物PNDI2T(2-癸基-14烷基侧链)作为研究对象，利用三元共聚的方式将NMe₂掺杂单元引入烷基侧链，获得了含不同掺杂基团的自掺杂型共轭聚合物PNDI2T-NM17和PNDI2T-NM50。EPR、XPS和UPS结果表明，NMe₂可对聚合物骨架进行掺杂，所产生的载流子填充了体系内的深陷阱，从而改善材料的半导体性能，包括提升迁移率，降低阈值电压，减小转移及输出曲线回滞，以及提升持续偏压下迁移率和阈值电压的稳定性等。柔性晶体管测试结果表明：自掺杂型共轭聚合物表现出单一n-型传输性质。在偏压稳定性、空气放置稳定性和弯曲稳定性测试方面，自掺杂型共轭聚合物也表现出更加稳定的性质，例如，在弯曲半径为1mm下，PNDI2T-NM17器件电流下降了7%，而非掺杂聚合物PNDI2T在弯曲状态(1mm)下已无电传输性能。此外，他们发现自掺杂基团会影响聚合物的堆积形貌，PNDI2T-NM17表现出与对比聚合物PNDI2T相似的堆积特点(face-on)，而含更多掺杂基团的PNDI2T-NM50则表现为无序堆积。结合自掺杂基团对聚合物载流子浓度和形貌的影响，PNDI2T-NM17表现出更优异的半导体性能，如其电子迁移率是PNDI2T的4倍，开关比是PNDI2T的10⁴倍，进一步用线棒涂成膜法优化了PNDI2T-NM17的聚合物形貌，使其电子迁移率达到1.31 cm²V^-1s^-1。

这部分工作发表在Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202300240上，我校硕士研究生陈品宇为论文第一作者，刘子桐教授为通讯作者。兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室、化学化工学院为论文第一完成单位。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300240