有机低维晶态光电材料及器件的设计、构筑和应用研究

A key solution for the efficient use of energy is the design and development of new optical materials and devices. Organic low-dimension crystalline optoelectronic materials are paid more attentions due to their good processability, high luminous efficiency and high carrier mobility. A critical challenge is the design and fabrication of efficient low-dimension optoelectronic materials, the exploration of the mechanism of electro-optical conversion, and the application in the field of laser, optical communications, and displays. In this project, we will study the relationship among the molecular structures, stacked performance and optoelectronic properties based on the design and synthesis of organic molecules and controllable fabrication of the nanostructures. And their inner regulation mechanism and guidance the design molecular structures will be revealed. We will highlight photon confinement in the complex optical waveguide, exciton-polariton waveguide in the big curvature, and low threshold lasing emission, and so on. We will disclose that the relationship of the constitutions, morphologies and optoelectronic properties and interior modulation mechanism. Based on the above-mentioned studies, we will attempt to the optimization of optoelectronic materials and device performance, the study of the mechanism of electro-optical conversion, and a theoretical and experimental guidance for new and efficient all-optical devices and nanoscale light source.

高效的能源利用来自于新型光电材料和器件的设计与开发。而有机低维晶态光电材料的易加工、高效发光效率和高电子迁移率等优势吸引了广泛的关注。如何设计和制备高效低维光电材料，探索高效电→光转换新机制，实现在激光光源、光通信、光显示等领域中应用，是一个具有挑战性的课题。在本项目中，我们拟以有机低维材料的分子设计与合成为基础，以微纳结构的可控制备为手段，考察分子结构、堆积方式、光电性能之间的关系，旨在揭示其内在调控机制并指导分子结构设计。重点研究基于光子限域作用的复杂光学波导、基于激子极化基元的极大曲率条件下光波导行为、低阈值光泵浦激光发射等，初步揭示低维材料的组成、形貌结构与光电性质的构效关系和内在调控机制。在设计并优化光电材料和器件性能的同时，以高效电→光转换为主要研究目标，探索电致发光器件诸如电泵浦纳米激光器等，开发新型高效的全光器件和纳米光源。

高效的能源利用来自于新型光电材料和器件的设计与开发。而有机低维晶态光电材料的易加工、高效发光效率和高电子迁移率等优势吸引了广泛的关注。如何设计和制备高效低维光电材料，探索高效电→光转换新机制，实现在激光光源、光通信、光显示等领域中应用，是一个具有挑战性的课题。.在为期三年的执行过程中，我们成功设计与合成了多种具有特殊光功能的有机小分子，利用气相法、液相法和模板法的手段成功构筑了多种低维晶态有机微纳米结构，研究了分子结构、堆积方式、微纳结构、光电性能之间的关系并揭示其内在调控机制。重点研究了低维有机晶态结构的微腔光学限域效应及其在光波导和有机微纳激光器等领域中的应用，并总结其内在调控机制。重点研究了基于光子限域作用的复杂光学波导、基于激子极化基元的极大曲率条件下光波导行为、低阈值光泵浦激光发射等。并在此基础上，设计并优化了多种有机光电功能材料和器件性能，为高效光电转换机制、全光器件以及纳米相干光源奠定理论和实验的基础。.在国家自然科学基金委的关心和大力支持下，在项目组成员的共同努力下，本项目取得了若干创新性的研究成果，成功完成了项目的预期目标。超额完成了在主流学术刊物上发表3~5篇论文的预期研究成果，至今已在国际高水平学术刊物上共发表研究论文14篇，分别发表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Small, Nanoscale, J. Mater. Chem. C等国际著名化学和材料期刊上，受到国内外同行的广泛关注。此外，若干实验结果尚在整理中，将于近期完善并投稿。