高性能聚合物电存储材料设计原理、制备与器件应用研究

Polymer electronic memory materials exhibit many merits, such as simplicity of structure, good scalability, low-cost potential, flexibility, 3D-stacking capability, and large capacity for data storage. Hence, they are very promising for application in information storage devices. Nowadays, the realization of polymer memory devices is still restricted to binary materials and based on the electrical bistability (i.e., "0" and "1") in response to an applied electric field. It is highly desirable to increase the number of memory states to three output signals of "0", "1" and "2", and achieve high-density and efficient memory devices. However, such kind of device has been less-explored due to the lack of appropriate design principles. In this project, we hope to realize the ternary memory materials and devices based on single polymer. First, the effective design principle by combining two switching mechanisms in one polymer system to form two conducting channels will be proposed. Based on this principle, polymer materials with ternary memory performances can be prepared, which will be used for fabricating the excellent ternary memory devices through device optimization. Finally, a versatile design principle for polymer ternary memory materials and devices will be constructed, which will provide new idea and direction for the development of the field of polymer memory materials and devices.

聚合物电存储材料因其分子设计灵活，成膜性好，易加工，柔性，功耗低以及可实现三维存储技术、大大提高存储容量等优点，在信息存储器件等方面表现出极大潜力。目前已报道的聚合物存储材料与器件都是基于二进制（或二阶）体系。为了进一步提高数据存储的密度和容量，设计和开发具有三阶存储性能的聚合物电存储材料对发展下一代高密度数据存储器件非常重要。然而到目前为止还没有基于单分子聚合物的三阶电存储材料和器件的报道，主要由于设计原理的缺乏。在本项目中，我们旨在实现基于单分子聚合物的新型三阶电存储材料与器件。首先提出全新、有效的设计原理，即将多种存储机制，如构象转变机制与场致电荷转移机制相结合，构建多载流子传输通道，并通过器件优化，实现全新的具有三阶存储性能的聚合物电存储材料与器件。最终通过系统总结材料结构和器件存储性能之间关系，构建具有普适性的三阶聚合物电存储材料设计原理，从而为这一领域的发展提供新的思路和方向。

近年来，有机光电子学作为新兴、交叉学科得到迅猛发展。然而，作为多学科交叉的新兴领域，有机光电信息材料及其应用无论在理论体系还是在技术体系方面都有待完善。在本项目中，我们围绕“高性能有机聚合物信息存储材料的设计、制备与器件应用”开展了系统研究。首先是发展全新的刺激响应型磷光材料体系，系统认识材料结构与光学和电学响应行为之间的关系，在激发态对外界刺激响应机制研究方面建立普适性理论模型，为进一步的材料设计提供指导。在功能应用方面，一方面基于智能响应型磷光材料的光电多通道响应行为，构建多模式有机信息记录与存储器件；发展多种信息加解密技术，优化并完善具有安全保护功能的信息记录与存储器件的制备。另一方面，我们发现一些有机聚合物在电场作用下电阻态会发生显著变化，系统的研究材料结构与电学响应行为之间的关系，并发展了新型电存储器件。在本项目的支持下，到目前为止，现已在Nature Communications、Advanced Materials、 Advanced Functional Materials、Chemical Science、Advanced Optical Materials等期刊发表SCI论文26篇，获授权中国发明专利4项，另有10项中国发明专利已经公开。研究成果获教育部高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学奖）一等奖（第二完成人）、江苏省高等学校科学技术研究成果奖（自然科学奖）一等奖（第二完成人）、江苏青年光学科技奖。在本项目执行期内，项目负责人获得了一些荣誉，入选中组部“万人计划”青年拔尖人才（2014年）、江苏省“杰出青年基金”（2013年）、江苏省“333高层次人才培养工程第二层次”中青年科技领军人才（2013 年），率领的研究团队入选江苏高等学校优秀科技创新团队（2015年）。另外，在本项目的支持下，培养了博士后、博士/硕士研究生和本科生二十余名。