973项目申报书——2009CB930600-有机纳米材料在显示器件中的应用

项目名称： 有机纳米材料在显示器件中的应用及相

起止年限：依托部门：关原理

黄维 南京邮电大学 2009.1至2013.8 教育部

首席科学家：

一、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???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

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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：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；

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湿法加工型金属纳米粒子、金属氧化物纳米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，为制备纳米尺度高分子光电薄膜提供依据；

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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；

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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。

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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

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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。

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三、研究方案

本项目的出发点是建立“纳米材料－纳米结构－纳米加工－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变（如图所示）。

纳米材料 纳米结构 纳米加工 功能器件

一维分子 发光二极管

二维分子 薄膜晶体管

三维分子 研究主链

因此，研究思路将紧紧围绕总体研究目标，抓住有机纳米光电材料的“分子结构与纳米结构的内在关联、纳米凝聚态结构与光电性能的相互关系”这一关键科学问题，通过系统研究有机纳米材料的分子设计和可控合成、有机纳米薄膜的形态设计与结构表征和有机纳米器件的结构设计与物理特性，重点突破有机纳米光电材料的形成过程和制备方法、有机纳米光电材料的表征方法和物理行为、有机纳米光电薄膜的凝聚态、微结构与界面调控、有机纳米光电器件的新型器件结构与物理特性等四个方面所涉及的关键科学和技术问题，实现三类原型纳米显示器件的结构设计与组装评价（有机纳米晶体显示器件、全印刷有机纳米显示器件、有机纳米TFT驱动元件）、获得四类具有应用前景的有机纳米光电材料（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及有机纳米电极材料及界面修饰材料），开发出三类构筑有机纳米光电薄膜的核心技术（有机薄膜定向生长技术、纳米图案化技术和薄膜打印技术），实现纳米光电材料研究为重点向纳米光电器件为主导的转变，同时，加快纳米科学发现向纳米技术创新的转移步伐。

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本项目的特色在于从有机纳米光电材料出发，利用纳米加工技术，联系薄膜在纳米尺度上的结构、形貌及界面等因素与薄膜光电性能的关系，通过有机纳米材料设计与纳米加工工艺优化，达到构建新型、高效及稳定有机显示器件的目的。项目的实施将会在一下四个方面获得创新与突破：

1. 以有机纳米光电薄膜的结构组装和形貌控制为牵引，通过分子设计及可控合成制备纳米尺度有机半导体材料、带隙调控材料、薄膜发光材料、电极材料以及界面修饰材料。实现由纳米光电材料的新现象和新特性向纳米显示器件的新应用和新技术的转变；

2. 利用制得的有机纳米材料，通过定向生长与形态调控制备有机纳米光电薄膜，改善薄膜能级结构与界面特性，突破传统有机光电显示器件的性能制约瓶颈；发展新的纳米界面结构修饰方法并应用于有机发光显示器件结构中，研究界面修饰与器件性能的关系，建立并发展有机纳米材料的界面修饰模型。

3. 引入结合光刻的丝网印刷和薄膜打印技术，在刚性基板和柔性衬底上实现活性组分、配套组分、金属电极和界面修饰层等的微纳加工。通过把有机分子在纳米层次上的自组装与微接触印刷、纳米压印等纳米加工技术相结合，实现有机纳米薄膜的图案化，达到薄膜研究在生长过程中尺度、结构、形貌和性能可控等方面的新突破。

4. 利用本项目在有机纳米材料和纳米薄膜加工技术方面所取得的创新研究成果，通过光控反应、纳米剪裁、器件集成等发展大面积全印刷的全彩显示器件新技术；发展有机显示驱动元件及其阵列的新制备技术，并拓展它们在全有机纳米显示器件中的应用。

本项目课题设臵的基本思路是围绕总体研究方案、拟解决的关键科学问题、主要研究内容和总体研究目标来体现其核心主线和研究链条：“分子材料－纳米结构－纳米加工－器件原理”。因此，本项目设臵了研究方向紧密关联的4个子课题，各课题既相对独立又内在联系，紧扣中心目标，紧密衔接形成有机整体。

课题1. 有机纳米光电材料的分子设计与可控制备

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高性能有机纳米光电材料的设计与合成是本项目的基础。针对研究内容和关键科学问题，本课题将从以下四个方面展开：（1）纳米尺度有机半导体材料；（2）有机纳米薄膜发光材料；（3）有机纳米带隙调控材料；（4）有机纳米电极材料及界面修饰材料。

激子和载流子在有机半导体材料中的传输具有纳米尺度和维数受限特征，有鉴于此，以纳米尺寸有机共轭液晶齐聚物为研究对象，面向蒸镀型和溶液加工型有机纳米薄膜晶体管器件组装和评价需要，发展具有单分散特征的纳米尺寸一维线性、二维盘状和三维树枝状有机共轭液晶齐聚物，特别是尺度5－30 nm的具有平面分子结构特征和紧密堆积凝聚态结构特征的稠环类共轭分子，实现从微观到宏观尺度下激子和载流子传输方向和受限范围的控制。鉴于有机共轭半导体纳米晶体为载流子提供了一个高度受限环境，是理想的有机纳米半导体器件材料，着重发展分子间具有强相互作用（???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、纳米多孔模板等生长限制环境，诱导晶体的生长方向和分子间作用方式，获得具有一维、二维、三维结构特征和载流子传输方向的有机纳米晶体材料。

印刷技术是有机纳米光电器件制备与集成的未来主导技术，实现有机纳米光电显示器件的全印刷加工不仅需要发展纳米活性材料，而且需要开发可印刷纳米电极材料和界面材料。鉴于此，一方面以聚芴、聚苯撑乙烯和聚噻吩等高效荧光聚合物为对象，通过调节聚合物分子的结构参数（一维、二维和三维）和构造具有不同浸润特性的均聚、嵌段、接枝聚合物和树枝状大分子，实现对高分子的溶液性质以及它们在有机溶剂、水或乳液中的纳米结构和聚集行为的控制，建立分子结构－纳米结构－打印特性的关系，发展可用于打印的有机纳米光电显色介质；另一方面开展金属纳米粒子、金属氧化物半导体纳米粒子的制备和表面修饰研究，制备金属纳米导电胶和金属氧化物纳米界面材料。针对柔性器件需求，重点发展导电高分子纳米电极材料。开展可溶液加工型碳纳米材料的研究，利用碳纳米材料优异的导电性能，开发新型刚性和柔性纳米导电基板材料。

针对有机半导体材料难以兼顾高效发光和高迁移率特征的缺陷，采用具有电子或空穴传输功能的无机半导体和具有高效发光特性的有机半导体，形成纳米复

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合薄膜或纳米叠层复合结构，获得兼具优异发光性能和载流子传输性能的有机/无机杂化纳米发光复合物；将具有窄谱带发射的无机半导体纳米材料和具有载流子传输功能的有机半导体材料结合起来，设计合成具有窄谱带发射的有机/无机杂化纳米发光复合物，解决有机发光材料发射光谱宽带来的色纯度问题；探索溶胶-凝胶法或可溶性有机半导体修饰无机半导体的新方法，制备可溶液加工的有机/无机杂化纳米光电复合材料，解决单一材料难以同时实现溶液加工和高性能的问题。

可望创新方向：

1）高迁移率有机纳米半导体材料的设计原理和制备、纯化方法，包括：① 一维、二维和三维纳米分子的设计与可控合成； ② 可控聚合反应和纳米发光显色介质材料的制备；③ 电子纯有机纳米光电材料的提纯方法；④ 有机纳米晶体材料的分子设计原则，弱相互作用对有机纳米晶体材料分子定向排列方式的影响和控制。

2）探索高发光率、高发光纯度、及高稳定性有机纳米显色材料的设计原则及可控合成方法；探索有机/无机杂化纳米光电复合材料的制备方法，单一材料功能和复合材料功能关系，兼具载流子传输功能和发光功能复合材料的设计与制备。

3）阐明有机纳米材料带隙调控机制，建立对有机纳米带隙调控材料进行分子模拟的理论模型，提出的分子设计指导原则，开辟有机纳米带隙调控材料可控合成途径。

4）可印制高导电性纳米电极材料的制备方法，特别是惰性金属纳米材料的制备；界面修饰材料的研究，特别是与器件工作原理匹配且和有机纳米半导体活性材料兼容的界面修饰纳米材料的设计和制备方法。

5）纳米电极（阴极和阳极）界面材料，例如纳米无机/金属材料和碳纳米材料的应用、碳纳米材料的修饰方法和导电涂层制备方法，可印刷碳纳米导电基板材料的制备方法。

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承担单位：南京邮电大学 课题负责人：黄维

主要学术骨干：凌启淡、张华、密保秀、董晓臣、解令海、肖义、刘淑娟 经费比例：占总研究经费的25%

课题2. 有机纳米光电薄膜的调控及其光电性能的研究

本课题针对有机纳米光电薄膜的定向生长与形态调控等基本问题，研究有机纳米光电功能材料晶体的成核与有序生长、晶粒形状与大小及其界面调制，建立晶体的定向生长与形态调控的理论模型，为制备高性能有机纳米光电薄膜器件奠定基础；研究用于有源驱动显示技术的新型有机场效应晶体管中有机半导体的界面修饰、有序结构与晶体管特性的关系及其机理；研究有机发光二极管显示器阳极与阴极界面纳米材料修饰及其发光特性，提供界面修饰的理论模型，制备高效稳定的有机发光二极管显示器，努力促进其产业化进程。

针对有机纳米薄膜晶体管的组装需要，系统研究有机纳米半导体薄膜的生长动力学与晶体习惯取向、生长热力学与晶型控制、晶界与多晶的融合以及准外延生长的规律，发展刚性或柔性基板上的有机纳米薄膜定向生长方法。本课题根据尺度和形貌可分为有机纳米晶和有机（高分子）纳米薄膜两类：a）纳米晶的生长与无机纳米技术类似，可通过物理气相传输、同质外延和异质外延等方式实现；通过研究不同生长条件下，由同质外延生长的有机半导体晶态薄膜的形貌、缺陷和生长动力学过程，从而提出有机单晶的生长机制的相关理论,建立完善的纳米晶成核、生长和形貌大小控制的模型。b）有机纳米薄膜的制备可在刚性或柔性基板两类衬底上进行，针对高迁移率有机纳米半导体薄膜输运过程主要受陷阱浓度控制的问题，系统研究有机纳米半导体薄膜的生长动力学与晶体习惯取向、生长热力学与晶型控制、晶界与多晶的融合以及准外延生长的规律，通过表面修饰解决柔性基板对溶剂和温度敏感的问题，发展特殊功能分子薄膜在柔性基板上的定向生长方法。在此基础上，系统研究纳米有机分子能级相对位臵对有

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机纳米半导体异质结性质的影响，探索有机纳米半导体异质结的匹配规律，为发展高迁移率且具有平衡输运特性的双极型有机纳米半导体器件提供高品质、大尺寸有机纳米光电薄膜。

针对全印刷有机纳米显示器件的组装需要，通过化学和物理诱导调控高分子薄膜的纳米结构，发展相态可控、形态稳定的大尺寸、无缺陷、具有优良形态和相态稳定性的高分子薄膜，为制备大面积柔性光电器件提供科学依据。开发高分子薄膜形态结构的可控技术，探讨和完善制备大面积均匀高分子薄膜形成过程中的关键技术，实现大面积高分子薄膜均匀生长、相态和界面调控；建立大尺寸高有序的高分子薄膜均匀生长和聚集态调控的方法。

针对发展全有机有源集成器件的需要，发展电极修饰材料与纳米薄膜结构及其新型有机电致发光器件结构。在阳极修饰研究方面，开展干法制备含氟聚合物薄膜及其阳极修饰的研究，深入研究含氟聚合物薄膜的纳米结构、薄膜的分子量变化、结晶与取向性等，研究含氟聚合物薄膜的物理与电学特性，研究含氟聚合物薄膜对单层或多层OLED器件载流子注入和载流子平衡的作用机理，研究隧穿注入机制和界面偶极层机制的适用性，建立含氟聚合物阳极修饰的理论模型，在此基础上，进一步优化含氟聚合物薄膜的结构，通过调控载流子平衡进而调控发光区域，制备高效稳定的小分子单活性层或多层OLED器件。在阴极修饰研究方面，在目前国际上广泛应用的LiF/Al阴极基础上，研究开发具有自主知识产权的高性能无机或有机阴极材料，研究其纳米结构的生长与形态控制，降低阴极电子注入势垒，增加电子的注入，从而提高有机电致发光器件效率与寿命；系统研究电子注入机理，建立材料结构与电子注入性能相关性的理论模型，为设计新型阴极材料提供依据；设计合成系列以碱金属、碱土金属为中心离子的有机配合物，并将此类新型材料应用于有机电致发光器件，研究该类材料的电极修饰作用，优化该类材料的成膜工艺及薄膜性能（包括界面形貌及平整度），提高有机电致发光器件的性能，为将其应用于工业生产而奠定坚实的基础。

可望创新方向：

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建立和完善在不同衬底和环境下有机纳米晶体、有机(高分子)纳米薄膜生长的理论模型，并指导形貌和性能的调控。重点包括：(a) 微纳米单晶生长机制; (b) 有机单晶薄膜生长理论; (c) 微纳米晶体与相邻层的界面结构与修饰；(d) 刚柔基板上的有机纳米薄膜的生长理论和调控。

发展新的纳米界面结构修饰方法并应用于有机发光显示和场效应晶体管等光电子器件结构中，研究界面修饰与器件性能的关系，建立并发展纳米有机材料的界面修饰模型。

深入系统地开展纳米结构修饰电极的研究，并引入到各类光电器件，通过对纳米结构修饰电极的光电器件全方位物理特性研究和优化，进一步改善器件的性能，为应用打下基础。

承担单位：清华大学、南京邮电大学 课题负责人：王立铎

主要学术骨干：董桂芳、冯琳、袁金颖、范曲立、张千峰、梁忠诚、马延文、魏昂

经费比例：占总研究经费的25%

课题3. 有机纳米光电薄膜的微加工与纳米图案化

有机纳米光电薄膜的微加工与纳米图案化是制备有机纳米光电器件的重要环节，需要结合器件结构确定微加工工艺和加工过程。组装新型有机纳米光电器件需要采用纳米图案化技术，该技术不仅包括活性组分、配套组分，而且还包括金属电极、绝缘修饰层等，即微加工与纳米图案化是联系有机纳米光电薄膜和有机纳米光电器件的纽带和桥梁。因此，如何低成本、大面积地实现具有纳米结构光电材料的可控合成与组装复合一直是纳米加工领域的热点问题。本课题将发展以“自上而下”与“自下而上”双向相结合的新思路，重点突破有机光电薄膜纳米加工中的瓶颈问题。例如：可控组装技术、纳米图案化技术、薄膜打印技术等等。

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可控组装技术：发展全新的组装与自组织技术，在分子或纳米层次上开拓材料制备的新途径；运用分子自组装、自组织和模板技术，由分子合成设计微纳结构构筑基元，利用超分子工程，借助分子间、分子与基底间的相互作用，构筑有序的功能材料。研究结构基元的有序性与功能特性间的相互关系，揭示自组织过程所赋予的材料的新性质和新功能，发展表面自组装理论并实现对表面纳米结构的控制制备，为构筑在纳米器件制造方面具有潜在应用前景的纳米结构探索工艺条件和理论依据。探索构筑点、线、面低维有序体系的实验方法，在基质上实现可控的有序化阵列或图案。结合微加工技术，发展定向、多维、大尺寸的自组装工艺，开展纳米结构的可控制备和大尺寸的自组织生长和性能调控研究。

纳米图案化技术：研究微接触印刷、纳米压印和结合光刻的丝网印刷等技术在有机纳米材料的纳米图案化和电极加工等方面的应用，探索实现构筑大面积有序图案实现的基本条件，并在适当时候对这些图案化结构、功能材料的输运控制、组装和生长等方面进行深入研究。针对新型有机纳米光电器件组装和集成需要，构筑有机薄膜、高分子薄膜、金属电极的一维、二维和三维纳米大面积有序的纳米图案，解决有机光电器件中器件与器件之间的窜扰问题，并避免湿法微加工中溶剂等对有机光电器件性能的损害，同时提出微纳加工技术的新思路，发展实现纳米图案的理论方法和实验技术。

薄膜打印技术：在刚性基板和柔性衬底上，研究活性组分、配套组分和金属电极的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）组装工艺、发展全新结构器件及实现全印刷加工工艺提供新技术方法；研究纳米光电显色介质的流变性质、溶剂和浓度、表面张力等与可薄膜打印性能的关系；原位在线研究可打印显色介质液滴的动态形成过程以及液滴在基底上的铺展和干燥过程，通过控制显色介质性质、基底表面能和溶剂蒸发条件，得到高质量的用于器件组装的图案。

可望创新方向：

1）超分子组装技术，把有机纳米粒子组装成超分子结构，使得设计出的分子结构单元能以预先设定的方式自动结合形成更大的分子结构，直接用于纳米器件的组装。

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2）多层微纳加工技术，用微接触印刷、纳米压印和结合光刻的丝网印刷等方法构筑大面积有序的有机材料纳米图案。

3）纳米图案的新概念、理论方法和实验技术。

4）活性组分、配套组分、金属电极、导电阴极的印刷加工。 承担单位：中国科学院长春应用化学研究所 课题负责人：韩艳春

主要学术骨干：李杲、张吉东、张宏梅、黄金英、陈振宇 经费比例：占总研究经费的25%

课题4. 有机纳米光电器件的基本原理与系统集成

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，研究开发具有自主知识产权的新型有机纳米光电原型器件（有机纳米晶体显示器件、全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。

有机纳米晶体显示原型器件：在深入细致的研究有机纳米晶体薄膜的光电性质及其在显示器件中的作用的基础上，设计和研究有机纳米晶体与有机光电薄膜杂化光电器件和具有良好视角的有机纳米晶体顶发射器件，实现器件的长寿命，在项目结束时达到的水平：单色器件在1000尼特时的驱动电压小于4.5伏，功率效率在1000尼特时大于20 lm/W，预期寿命在100尼特下大于10000小时。

全印刷有机纳米显示原型器件：通过光控反应、纳米剪裁、器件集成等发展大面积全印刷的全彩显示器件新技术和原型器件，特别是以纳米材料作为导电衬底和金属电极采用薄膜打印工艺的全印刷型有机纳米发光器件。

有机纳米薄膜晶体管驱动元件：单项和综合性能指标、特别是迁移率达到非晶硅水平，利用本项目在有机纳米材料和纳米薄膜加工技术方面所取得的研究成

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果，发展有机显示驱动元件及其阵列的制备技术，并拓展它们在全有机纳米显示器件中的应用。力争在器件结构和性能上达到国际领先水平。

可望创新方向：

1）基于纳米效应和纳米特性构造的有机纳米薄膜晶体管器件。

2）全部采用印刷和打印工艺制备的全印刷有机纳米显示器件，特别是基于金属纳米颗粒和无机纳米材料的阴极打印技术和工艺。

3）有机纳米晶体材料和有机光电薄膜组装制备的新型杂化器件：利用新型有机纳米晶体材料，如纳米导线、纳米颗粒取代传统器件中的功能层。

4）发展基于纳米材料的大面积全印刷的全彩显示屏新技术。 承担单位：华南理工大学、南京邮电大学 课题负责人：朱旭辉

主要学术骨干：邓文礼、文尚胜、阳仁强、苏仕健、高志强、陈鹤鸣、邓先

宇、陈淑芬

经费比例：占总研究经费的25%

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四、年度计划

研究内容 分子设计、高发光效率有机纳米薄膜材料、高迁移率纳米尺度有机半导体材料的合成；开展电极修饰纳米材料与纳米薄膜结构研究。 预期目标 1、合成出一系列有机纳米发光材料及、半导体材料及电极材料。 2、获得较高质量的有机纳米晶体和纳米多晶薄膜、掌握有机纳米半导体晶体生长的规律。 第 一 研究有机单晶、多晶及薄膜有序生长规律，探索有机单晶薄膜生长理3、掌握设计和合成具有自组装性质论模型。 制备具有自组织或自组装特性的有机纳米晶体材料，发展软刻蚀技术及薄膜打印技术，研究高分子墨的的有机纳米晶体材料的基本原理和合成路线。发展基于界面相互作用的软刻蚀技术的方法，合成出可打印的高分子材料。 4、得到不同形貌的有机纳米晶体。实现高效的有机纳米发光器件（红：2 cd/A，绿：10 cd/A，蓝：2 cd/A）。 年 物理性质等。 制备有机纳米晶体与有机薄膜杂化光电器件，降低器件驱动电压，改善发光效率。 18

研究内容 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；合成有机稀土薄膜材料，提高器件的发光纯度及效率；制备溶液加工型有机纳米半导体材料。 探索刚性或柔性基板上的有机纳米薄膜定向生长方法；研究蒸镀型有机薄膜的晶态与非晶态调控；研究预期目标 1、合成出具有特定能级的及能有效抑制有机分子的结晶的带隙调控材料，获得4-6种发光纯度在5- 20nm（FWHM）的有机稀土薄膜材料。 2、掌握刚性或柔性基板上实现有机纳米薄膜定向生长方法的调控方法；得到具有相态稳定性蒸镀型有机薄膜。 3、认识和理解形成高分子纳米图案的驱动力和影响因素；开发一种有机半导体小分子图案化的新方法；掌握在喷墨打印中液滴形成过程对于流体性质的依赖规律。 4、得到有机纳米顶发射原型发光器件；全印刷有机纳米发光器件的第 高分子纳米薄膜聚集态的调控； 研究纳米图案形成过程、尺寸和图案间距等的影响因素；研究共聚物二 中各结构与纳米图案的关系，阐明形 年 成纳米图案的驱动力和影响因素；进行有机半导体小分子纳米图案化及有机聚合物薄膜打印。 研究有机纳米顶发射发光器件，利用可印刷的阴极纳米金属材料、有机界面缓冲材料以及有机纳米发光材料，通过丝网、喷墨、喷涂、提拉、滚筒等印刷方式制备大面积全印刷有机纳米原型器件。 发光效率与蒸镀阴极器件发光效率相当。 19

研究内容 发展热及光谱稳定性良好，高分子量、分子量分布窄且结构规整的共轭类高分子；合成结构明确的p-n 嵌段寡聚物来调节材料的能级高度；制备金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子；进一步发展可控制备方法。 研究有机半导体单晶生长、有机半导体多晶薄膜同质外延生长和异质外延生长晶体结构、形貌、杂质或晶体缺陷晶体质量；制备不同微观结预期目标 1、用可控合成方法制备出光、热稳定良好的共轭高分子薄膜发光材料及结构明确的、能实现电子和空穴传输的独立同步平衡p-n 嵌段寡聚物带隙调控材料；获得基于金属纳米粒子及导电纳米复合材料。 2、 获得教大尺寸的有机单晶体和 有序生长的有机半导体多晶薄膜；掌握两种或两种以上有机光电材料共蒸镀的薄膜生长机制、复合特性及组成调控技术。 3、 揭示出高分子纳米薄膜的结构调控、相分离过程，相分离/结晶行为与薄膜稳定性的相互关系；揭示高分子纳米图案形成演变机理，掌握调控纳米图案形态、尺寸等的规律。 4、 建立一种以聚合物的粘弹性和界面相互作用粘附功为驱动力的图案化金属电极新方法。 5、 有机纳米晶体管的各项性能指标、特别是迁移率达到非晶硅水平（空穴迁移率高于1 cm2/Vs，电子迁移率高于0.5 cm2/Vs）。完成单像素有机纳米材料场效应晶体管与有机发光二极管的集成，实现单像素有源驱动。 第 构的形态稳定的高分子纳米光电薄 膜。 进一步研究纳米图案化技术及三 薄膜打印技术。研究外场对规则纳米 年 图案形成过程、取向、尺寸和图案间距等的影响；研究打印薄膜的表面形貌和性质；进行金属电极纳米加工。 探索高迁移率有机纳米晶体材料或薄膜场效应晶体管与高效有机薄膜发光二极管的集成。 20

研究内容 预期目标 利用可控自组装等方法制备有机纳米晶体材料；利用溶胶-凝胶等技术制备有机/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。 研究有机纳米光电薄膜形成的1、用可控自组装、溶胶-凝胶等合成具有高迁移率的有机纳米晶体材料及发光色纯度稳定的有机/无机杂化纳米光电材料。 2、发展可靠的有机纳米光电薄膜及器件制备方法及加工技术；掌握第 热力学和动力学行为；深入研究有机 四 纳米晶体和有机纳米多晶薄膜的光学特性和电学特性。 高分子纳米光电薄膜表面浸湿特性的调控技术；揭示高分子纳米薄膜聚集态的聚集方式对光电性能的影响的规律 确立用作纳米压印刻蚀术刻蚀3、发展纳米图案的新概念、理论方剂的高分子材料体系；根据高分子薄法和实验技术；实现长程有序、大面积无缺陷纳米图案的制备。 年 膜性能，确立最佳工艺条件；采用软作不同尺寸和形状的具有不同表面性质的图案。 探索有机纳米晶体材料的阵列化技术，利用喷墨打印技术和丝网印刻蚀方法在硅基底与柔性基底上，制4、解决有机光电器件中器件与器件之间的窜扰问题，并避免湿法微加工中溶剂等对有机光电器件性能的损害。 5、实现有机纳米材料的场效应晶体管阵列（至少10*10 场效应晶体

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研究内容 刷工艺实现对阵列有机纳米材料场效应晶体管的加工。 预期目标 管阵列集成）。 利用合成的有机纳米尺度半导体材料、有机薄膜发光材料、有机纳米带隙调控材料和有机纳米电极材料，综合应用到器件的制备，结合器件测试评估结果进一步优化的材料的组成与结构。进一步探索热力学和1、通过总结四类有机纳米光电材料的制备经验，建立起2-4种有机纳米光电材料的可控制备方法。 2、在总结材料制备方法的同时，揭示分子结构与纳米结构的内在关联，揭示纳米结构聚集体与外场环境的相互关系等规律。 3、建立和完善在不同衬底和环境下有机纳米晶体、有机纳米薄膜生长的理论模型。 4、实现稳定、长程有序、大面积无缺陷纳米图案的动态设计；为发第 动力学因素对有机纳米光电材料制 备反应及发光器件性能的影响，总结材料制备方法。提出有机单晶的生长五 机制的相关理论,建立完善的纳米晶 年 成核、生长和形貌大小控制的模型。 研究有序纳米图案中缺陷形成动力学以及减少和消除取向缺陷的途径；通过调节溶液沉积量或沟道宽度，实现聚合物溶液在具有隔离柱图案的基底上的对准沉积，改善对准沉积的大面积均匀性。 展新型有机纳米光电器件并体现纳米特性提供技术依据。 5、掌握表面修饰的方法和技术，实现对准沉积的大面积均匀性；发展大面积、高有序有机纳米光电薄膜的可控制备技术。 研究大面积、高有序有机纳米光6、为简化有机纳米光电器件（单元

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研究内容 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；利用所发展的柔性基板实现大面积OFET以及OLED的加工。 研究用于有源驱动显示技术的新型有机场效应晶体管中有机半导体的界面修饰、有序结构与晶体管特性的关系及其机理，探讨有机纳米晶体管阵列与有机纳米发光二极管的集成技术，实现全溶液加工、全有机纳米材料的有源OLED显示集成技术。 预期目标 器件和集成器件）组装工艺、发展全新结构器件及实现全印刷加工工艺提供新技术方法。 7、实现全有机纳米材料的有源OLED显示屏（至少10*10点阵显示屏）研制，完成外围有源驱动电路设计，完成基于有机纳米晶体的c-mos控制的有机纳米晶体异质结发光单元的纳米显示器件。

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