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1、项目名称：有机纳米材料在显示器件中的应用及相关原理首席科学家：黄维南京邮电大学起止年限：2009.1 至 2013.8依托部门：教育部、研究内容1、有机纳米光电材料的分子设计与可控合成有机纳米光电材料的分子设计与可控合成主要集中在制备高迁移率纳米尺 度有机半导体材料，有机纳米薄膜发光材料，有机纳米带隙调控材料，有机纳米 电极材料及界面修饰材料。（1）纳米尺度有机半导体材料蒸镀型纳米尺度有机半导体材料：主要发展线性、盘状和球状有机共轭分子， 特别是一维、二维和三维有机纳米半导体材料；溶液加工型有机纳米半导体材料：特别是在 5-30 nm尺寸范围、单分散的有 机共轭小分子、共轭寡聚物以及结构明确的
2、树枝状纳米共轭分子等；自组织或自组装特性的有机纳米晶体材料：着重发展分子间具有 一二相互作 用和电荷转移相互作用的共轭分子，引入氢键等弱相互作用、液晶性等自组装特 性有机纳米晶体材料。（2）有机纳米薄膜发光材料有机材料处于纳米尺度时，具有发光增强、蓝移及谱带变窄等特性，因 此，有机纳米材料作为发光活性材料具有潜在的优势。 项目拟针对有机纳米材料 的发光特性，从以下几个方面展开工作：高发光效率有机纳米薄膜材料：主要发展荧光和磷光型树枝状过渡金属配合 物纳米光电显色介质、高效率和窄谱带三基色有机纳米发光材料和相关电子/空穴注入与传输材料、结构可调控的光电活性嵌段高分子纳米显色介质；高发光纯度有机稀
3、土薄膜材料：主要发展能高纯度发射红、绿、蓝三基色的 有机稀土络合物发光材料，并通过化学方法引入相关电子/空穴注入与传输基团， 提高器件的发光纯度及效率；高效稳定的共轭高分子薄膜材料：主要发展高分子量、分子量分布窄且结构 规整的共轭类高分子，通过引入大的刚性取代基（如：螺环等芳香基团）抑制聚 集体的形成，提高了材料的发光效率和光谱稳定性， 同时提高了材料的玻璃化温 度；有机/无机杂化纳米半导体材料，特别是发光材料及电荷传输材料：解决有 机发光材料的迁移率偏低及有机发光材料发射光谱宽带来的色纯度下降的等问 题；同时研究有机/无机杂化纳米光电材料的溶液加工技术。（3）有机纳米带隙调控材料改变线型有机
4、纳米材料的p-n单元来调节材料的带隙宽度：通过调节片断的 共轭长度以及两者之间的连接方式使共轭分子上电子云的转移，由此改变纳米共轭分子的轨道能级；合成支化的p-n有机嵌段有机共轭分子来调节材料的轨道能级：通过将高度 非平面构筑单元引入到共轭分子中， 可有效地抑制有机分子的结晶，从而减少分 子间聚集体和激基复合物的形成，以此调节有机纳粹材料的带隙宽度；通过理论模型来计算预测p-n有机分子的电子能级：如以p-段和n-段的共轭寡 聚物作为模型化合物，对其光电物理性能随轨道能级变化情况进行了模拟计算， 进而设计出具有特定能级的p-n有机分子材料；通过合成结构明确的p-n嵌段寡聚物来调节材料的能级高度：
5、 寡聚物分子的 特点是在一维方向上集成了分子的共轭长度和分子的 p-n嵌段双重特性，引入独立 的p-型臂和n-型臂，可实现电子和空穴传输的独立同步平衡。（4）有机纳米电极材料及界面修饰材料传统金属氧化物（如：ITO等）导电玻璃的表面修饰：用紫外线引发、静电 自组装等方法修饰金属氧化物表面， 调节电极功函数、界面接触电阻、界面稳定 性、载流子复合和分离等界面因素；碳纳米管和其他碳基纳米材料，特别是 C60衍生物的化学与物理修饰：如与 耐热性高分子的复合组装、成型加工，发展传统无机导电玻璃（ITO ）的替代基 板，为通过薄膜打印技术实现全印刷加工提供材料保障；湿法加工型金属纳米粒子、金属氧化物纳米
6、粒子的可控合成与高效制备，为 全印刷加工提供电极材料保障；导电高分子材料与导电纳米复合材料，为柔性纳米光电器件制备提供物质基 础。2、有机纳米薄膜的形态设计与结构表征及其光电性能的研究有机纳米光电材料的分子聚集态结构与薄膜凝聚态结构的调控对提高器件 性能具有决定性作用，控制有机纳米材料的聚集态结构，使有序结构能够稳定存 在，无疑将大幅度提高有机纳米光电器件的性能， 因此，为了有机纳米薄膜材料 在光电性质研究得到突破，有必要对纳米薄膜在形成过程中的机理研究进一步深 化，从而得到薄膜在制备中的有序性、可控性和功能化。围绕这一研究思路，我 们可以从以下二个方面来展开系统化研究。（1）有机纳米薄膜定向
7、生长的可控制备有机纳米晶体薄膜的原位生长机制、尺寸控制和形态调控及晶型转化的物理 和化学途径；蒸镀型有机薄膜的晶态与非晶态调控，通过抑制器件薄膜在工作过程中亚稳 态的形成来保证材料的相态稳定性；两种或两种以上有机光电材料共蒸镀的薄膜生长机制、 共晶本质和复合特性 及组成调控；有机纳米光电薄膜形成的热力学和动力学行为，包括非平衡条件下不同尺度 的分子聚集、组装和调控，对微观、介观和宏观多尺度下膜形态的调控；大面积、高有序有机纳米光电薄膜的可控制备， 为实施有机纳米光电器件的 组装奠定基础。（2）高分子纳米光电薄膜表面形态和形貌的稳定化具有纳米结构高分子光电薄膜的形成条件、演变过程及聚集体本质，为
8、制备 纳米尺度高分子光电薄膜提供依据；高分子纳米薄膜聚集态的调控（Face-on Film and Edge-on Film）,揭示聚集 方式对光电性能的影响，为建立分子结构与凝聚态结构之间的关联提供实验和理 论依据；高分子纳米薄膜的结构调控、相分离过程，相分离 /结晶行与薄膜稳定性的 相互关系，制备不同微观结构的形态稳定的高分子纳米光电薄膜；高分子纳米薄膜的润湿和去润湿行为的转化过程，制备具有不同表面浸湿特 性的高分子纳米光电薄膜。3、有机纳米光电薄膜加工与图案化（1）有机纳米图案的形成过程、演变机制、驱动因素研究，发展定向应用 的微纳加工方法；（2）有机/高分子纳米图案化的方法和技术：微接
9、触印刷、纳米压印和结合光刻的丝网印刷等构筑大面积有序的有机纳米材料的纳米图案，研究这些图案化实现过程的基本条件；（3）刚性基板与柔性衬底上构造各种形态和尺寸可调的纳米智能图案，为 有机纳米光电器件的组装提供加工方案（如利用薄膜打印构筑活性层、绝缘层、 金属电极等）。4、有机纳米光电器件的设计与基本原理有机材料以其易剪裁、易加工（无论是分子尺度或聚集体尺度） 方面的优势 与无机材料在光电领域互相竞争。 然而，其较低的载流子迁移率成为制约其发展 的主要障碍。高度有序的有机纳米晶体或自组装体， 让人们看到了解决这一问题 的希望。（1）有机纳米晶体显示器件有机纳米晶体与有机薄膜杂化光电器件：在发光器件
10、的载流子传输层和发光 层的主体材料中，如：电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL ）等，引入有机 纳米晶体材料，以达到降低器件驱动电压，改善功率效率，提高器件寿命的目的；以有机纳米晶体材料为光引出层的顶发射器件： 在顶发射器件的引出层中引 入有机纳米晶体材料，以达到改善顶发射器件的微腔效应，提高器件的视角。（2）全印刷有机纳米原型发光器件采用印刷工艺制备基于纳米材料的阳极导电基板；发展基于纳米金属粒子的阴极材料，采用印刷工艺加工金属阴极；发展可印刷的纳米界面缓冲材料，调控载流子的注入和传输特性；采用印刷工艺，发展全印刷大面积有机纳米发光器件。 研究有机纳米材料的 大尺度阵列化、有序化工艺，利
11、用丝网、喷涂、喷墨、提拉、滚筒等印刷方式制 备大面积全有机发光器件；研究器件布线及衬底改性以提高器件性能； 研究大面 积柔性忖底的涂敷工艺及相关器件特性。（3）有机纳米薄膜TFT驱动元件采用纳米尺度的p型和n型有机半导体薄膜，在纳米尺度界面区域构造具有 有机纳米p-n结或有机纳米异质结”的有机纳米薄膜晶体管驱动元件，其迁移率 有望达到甚至超过非晶硅；采用两种或两种以上有机光电材料共蒸镀形成共晶复合薄膜，发展新型有机纳米薄膜晶体管，例如：组装常开型纳米 TFT驱动元件；采用双极性有机纳米薄膜，发展双极型有机纳米 TFT驱动元件。#二、预期目标1、建立有机纳米光电材料可控制备的新方法围绕调控尺寸效
12、应、能量转移、电荷限制效应、激子限域效应、电子结构、 能带结构、电子传输性能等体现纳米特性的相关影响因素，开展具有纳米结构特 征的有机纳米光电材料的合成方法学研究，为有机纳米光电材料的规模化合成与 高纯制备提供基础依据。2、获得四类具有应用前景的有机纳米光电材料（1）发展纳米尺度有机半导体材料和有机纳米晶体材料，重点发展尺度为5-30 nm的一维、二维和三维有机纳米共轭分子；（2）围绕有机纳米显示器件的性能要求，发展高发光强度窄谱带的有机纳米 薄膜发光材料；（3）发展有机纳米带隙调控材料，解决显示器件各功能层之间能级匹配，以 期提高器件的综合性能；（4）发展有机纳米电极材料及界面修饰材料，调节
13、电极功函数、界面接触电 阻、界面稳定性、载流子复合和分离等器件界面因素。3、发展三类构筑有机纳米光电薄膜的核心技术围绕新型有机纳米光电显示器件的组装工艺、集成过程和性能优化对有机纳 米光电薄膜的不同需要，发展有机纳米薄膜定向生长技术、有机纳米图案化技术、 薄膜打印技术和器件集成技术。（1）有机纳米薄膜定向生长技术：围绕有机纳米显示器件对有机纳米薄膜形 态结构和晶态结构的个性需求和共性问题， 在刚性基板或柔性衬底表面发展形貌 可控的纳米薄膜生长技术，为建立有机纳米光电材料与有机纳米光电器件的性能 关联提供技术支持，为优化有机纳米光电器件的性能提供新途径。（2）有机纳米薄膜图案化技术：针对新型有机
14、纳米光电器件组装和集成需要， 在平面、曲面或柔性基板上发展有机薄膜、高分子薄膜、金属电极的一维、二维和三维纳米图案化，为发展新型有机纳米光电器件并体现纳米特性提供技术依 据。（3）薄膜打印技术：围绕有机纳米显示器件的工艺过程，分别在刚性或柔性 衬底上发展活性组分、配套组分和金属电极的单色、全彩色、大面积薄膜打印技 术方法，为简化有机纳米光电器件（单元器件和集成器件）的组装工艺、实现全 印刷加工提供新方法。4、研制三类具有自主知识产权的新型有机纳米光电器件基于有机纳米光电材料物质基础和有机纳米光电薄膜核心技术，研究开发三类具有自主知识产权的新型有机纳米光电显示原型器件（有机纳米晶体显示器 件、全
15、印刷有机纳米显示器件、有机纳米 TFT驱动元件），体现出在国际上具备 研发 有机纳米显示器件”的能力和水平，力争能够与国内外著名产业公司实现实 质性技术合作。（1）有机纳米晶体显示器件：有机纳米晶体与有机光电薄膜杂化光电器件，特 别是大面积的发光器件。（2）全印刷有机纳米显示器件：基于可印刷的有机纳米材料和纳米电极材料， 制备包括金属电极在内的全印刷有机纳米显示器件，发展通过光诱导实现 全彩化的全印刷有机纳米显示器件。（3）有机纳米TFT驱动元件：单项和综合性能指标、特别是迁移率达到非硅水 平，重点发展体现 有机纳米异质结”特性的双极型和常开型器件结构，力 争在器件结构和性能上达到国际领先水平。本项目研究成果预期在国际著名专业刊物上发表影响因子大于3.0的SCI论文100篇以上，其中包括约30篇影响因子大于6.0、富有创新思想的研究论文； 获得发明专利15项；获得国家及省部级奖励3-5项；获得综合指标优异、有应 用前景并拥有自主知识产权的有机纳米光电材料和显示器件2-3种。三、研究方案本项目的出发点是建立 纳米材料一纳米结构一纳米加工一器件原理”的内在关联，落脚点是基于具有纳米结构和特性的有机光电材料和薄膜，发展有机纳米显示技术，实现由纳米光电材料/纳米光电薄膜研究发现的新现象和新特性向纳米显示器件研究的新应用和新技术的转
