背景

近十年來，有機電子器件開發(fā)呈現(xiàn)迅猛增長的態(tài)勢。柔性薄膜電子電路、傳感器、顯示器、太陽能轉(zhuǎn)換器和電池、LED以及其他元器件，已經(jīng)在產(chǎn)品包裝（智能包裝）、智能服裝（可穿戴電子、電子織物）、電子皮膚、機器人與義肢（特別是對于觸摸、壓力、冷熱敏感的智能義肢與外骨骼）等領(lǐng)域找到了有價值的應(yīng)用。

基于有機發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)的智能眼鏡顯示屏（圖片來源：Fraunhofer FEP）

有機光伏太陽能電池以及電池結(jié)構(gòu)的原理圖（圖片來源：大阪大學）

有機薄膜晶體管（圖片來源：Rob Felt，佐治亞理工學院）

有機電子器件的進一步發(fā)展，將在經(jīng)典的“固態(tài)”電子器件與生命體（例如人體）之間創(chuàng)造出一個功能接口。智慧醫(yī)療實現(xiàn)了對人體狀況的持續(xù)監(jiān)測，可及時響應(yīng)疾病的最初跡象并作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，將改變傳統(tǒng)醫(yī)療保健的“游戲規(guī)則”。它聚焦于預防而不是在疾病晚期進行治療。在疾病晚期，各種各樣的醫(yī)療手段也不足以挽救病人的生命或者改善病人的生活質(zhì)量。

監(jiān)測心率、呼吸、肌肉運動等健康數(shù)據(jù)的電子皮膚（圖片來源：大邱慶北科學技術(shù)院）

有機電子器件的實際應(yīng)用需要完全開發(fā)出所有的功能元件，包括有機存儲元件。從這個角度看，讓人特別感興趣的是光致變色化合物，其分子天生就是單比特存儲單元。當受到光線照射時，這些存儲單元會在兩個準穩(wěn)定狀態(tài)之間經(jīng)歷可逆的異構(gòu)化（類似二進制系統(tǒng)中的“0”和“1”）。

（圖片來源： Paolo Samori/法國斯特拉斯堡大學與法國國家科學研究中心）

不幸的是，目前技術(shù)能力的缺乏，使之幾乎無法穩(wěn)定切換并記錄單分子的狀態(tài)。這意味著，光致變色分子需要集成到更大、更復雜的系統(tǒng)中。在這種系統(tǒng)中，從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個狀態(tài)，將會產(chǎn)生一個能被捕捉到的響應(yīng)，例如電信號。

早些時候，俄羅斯斯科爾科沃科技學院（Skoltech）教授特羅申（P.A. Troshin）的團隊通過一種光敏的光致變色層開發(fā)出有機場效應(yīng)晶體管，論證了它們作為在多個電氣狀態(tài)之間進行切換的光電開關(guān)的可能性。然而，迄今為止，光致變色材料結(jié)構(gòu)的效應(yīng)以及器件的電氣特性尚不清楚。

創(chuàng)新

近日，來自俄羅斯斯科爾科沃科技學院、俄羅斯科學院化學物理問題研究所、俄羅斯科學院澤林斯基有機化學研究所的研究人員在特羅申教授領(lǐng)導下，發(fā)現(xiàn)了光致變色分子的結(jié)構(gòu)與采用這些成分構(gòu)造的存儲器件的電氣特性之間的關(guān)系。他們的研究為合理設(shè)計有機電子器件的新型功能材料開辟了新的機遇。他們的研究成果發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry С》上，并出現(xiàn)在該雜志的封面頁上。

技術(shù)

論文第一作者 Dolgor Dashitsyrenova 表示：“我們研究了基于有機場效應(yīng)管的光學存儲元件中三種結(jié)構(gòu)相似的光致變色材料，并且在對于這些特性例如開關(guān)速度和幅度、存儲窗口寬度、多數(shù)據(jù)讀寫擦除模式中的操作穩(wěn)定性進行詳細分析后，發(fā)現(xiàn)了一些意義重大的模式。我們展示了，二芳基乙烯橋基團中的一個羰基，使開關(guān)變得更容易，同時降低了誘導狀態(tài)的穩(wěn)定性。相反，具有不可替代的丙烯橋以及相對較窄的存儲窗口的光致變色化合物，保證了可靠的開關(guān)和設(shè)備的長期穩(wěn)定性。”

價值

Dashitsyrenova 稱：“我們發(fā)現(xiàn)了光致變色化合物分子結(jié)構(gòu)與采用這些材料制成的設(shè)備的電氣特性之間關(guān)聯(lián)，為合理開發(fā)新一代的有機存儲元件和光電探測器材料奠定了堅實的基礎(chǔ)。”