二维MoS2/Alq3的无机/有机异质结的可控构建及其系统协同发光的研究

Focusing on the fast and dynamically growing fields of two-dimensional (2D) layered materials and organic electronics and with ambition to integrating the unique optical and electronic properties of the relevant materials, we, based on van der Waals epitaxy (vdW) growth, will perform symmetric study on "Controllable construction of 2D MoS2/Alq3 vdW heterostructure and it synergistic light-emitting behavior". 1) Establishment of novel methods for fabricating the heterostructure with fine control over the crystalline structures of both the materials, achieving highly-ordered Alq3 molecules on high-quality MoS2 vdW layers; 2) Development of advanced characterization techniques for atomic resolution study of the structure-property relationship of the heterostructures; 3) Designing and fabricating high-performance light-emitting devices based on the heterostructures and revealing the basic synergistic light-emitting mechanism. In this project, we will develop vdW strategy for growing high-quality organic semiconductors on 2D layers and achieve synergistic effects of the heterostructural system. The implementation of this project will allow us to expand the heterostructures based on novel 2D materials into inorganic 2D/organic filed, in which there would have new phenomena, and will contribute technological innovation and progress in light-emitting devices in China.

针对正蓬勃兴起的二维层状晶体及其异质结和有机光电子领域，意图融合无机二维晶体和有机半导体的独特光电特性，本项目以范德华外延技术为基础，致力于二维MoS2/Alq3的无机/有机半导体异质结的可控构建及其系统协同发光的研究。建立和发展二维MoS2/Alq3范德华异质结界面结构的精确控制方法，实现Alq3有机分子在高质量二维MoS2原子层上可控制备；建立和发展异质结界面的原子分辨的结构和光电性能的表征，揭示异质结的界面结构与性能之间的关系；围绕二维MoS2/Alq3异质结系统，开展新型发光器件的应用探索，实现其功能的优化和新功能的扩展，阐明异质结系统的协同发光机制。本项目发展范德华外延技术在无机二维晶体原子层上制备高质量的有机半导体材料，拓展无机二维原子晶体材料/有机分子半导体的异质结研究的新方向，提升我国在发光二极管方面的创新能力。

针对正蓬勃兴起的二维层状晶体及其异质结和有机光电子领域，融合无机二维晶体和有机半导体的独特光电特性，本项目以范德华外延技术为基础，致力于二维MoS2/Alq3的无机/有机半导体异质结的可控构建及其系统协同发光的研究。研究发现，MoS2/Alq3异质结并不存在协同发光特性，而是随着在MoS2上Alq3层厚度增加，MoS2的荧光强度减弱，而Alq3的发光强度增强。本项目继续探索了在单层MoS2上外延生长PTCDA以及MoS2/PTCDA异质结荧光特性，发现在MoS2上生长的PTCDA薄膜的结晶性得到显著提高，异质结表现协同发光特性，即荧光峰的强度增强以及发光峰位发生位移。理论研究表明，MoS2/PTCDA异质结界面存在Mo原子轨道和PTCDA中C原子轨道杂化现象，杂化导致态密度增加和异质结体系能带宽度减小；同时，杂化与PTCDA在MoS2上生长有序性有关，对异质结进行Raman谱研究证实杂化相互作用的存在，理论研究结果解释实验观察到的荧光强度以及发光峰位移。本项目通过调控MoS2/PTCDA异质结界面相互作用，首次实现了type-II能带排列的异质结荧光协同增强和峰位变化。结合石墨烯薄膜和金属纳米银线的各自优势，研制出高性能银纳米线/石墨烯透明导电膜，其在面电阻约10 /的透光率高于85%、具有优异的可弯曲性和环境稳定性；适用于取代常规的不可弯曲的ITO透明导电膜用于可弯曲的光电产品如LCD、OLEDs、薄膜太阳能电池等。发表研究论文21篇，获得中国发明专利7项、美国发明专利1项，培养硕士生4名、博士生5名、博士后2名。