有机半导体介电常数：平面度和共轭长度的影响(ADV FUNCT MATER 2021)

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体异质结有机太阳能电池的光电转换效率虽仍在稳步提高，然而单组分有机太阳能电池器件制造相对简单，因此也是特别有吸引力的一个方向。有人提出，有机半导体具有高介电常数(≈10) 在光激发下能产生自发的自由载流子。本文探讨了影响有机半导体介电常数的因素，特别是光学频率介电常数。对两类等电子材料的单体、二聚体和三聚体的性质进行了比较，它们的受体单元由一个或两个双氰基苯并噻二唑部分和一到三个供体单元组成。供体组分由具有相同乙二醇基增溶基团的芴或环戊联噻吩部分组成。研究发现，发色团的平面度和取向度以及薄膜密度都会影响材料的光电性能，尤其是高频介电常数。结果还表明，最高占据轨道和最低未占据轨道的离域化是一个关键因素。发现含有两个双氰基苯并噻二唑组分和两个二硫环戊二烯单元的二聚体的光学频率介电常数最高，总体性能最佳。 参考文献： Wei Jiang, Hui Jin, Mohammad Babazadeh, Alex S. Loch, Aaron Raynor, Neil Mallo, David M. Huang, Xuechen Jiao, Wen Liang Tan, Christopher R. McNeill, Paul L. Burn, Paul E. Shaw, Dielectric Constant Engineering of Organic Semiconductors: Effect of Planarity and Conjugation Length, ADV FUNCT MATER, 2021

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DNA结合剂的新用途-氢键有机半导体（Nat. Comm. 2019）

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有机半导体通常是多环芳烃或杂原子取代的多环芳烃组成。有机电子学中，生物启发材料领域，生物分子表现出新的电荷输运机制和特定的分子识别机制。伊利诺斯大学香槟分校Ying Diao课题组发现脱氧核糖核酸拓扑异构酶抑制剂得到的有机半导体材料，与普通有机半导体不同，它具有氢键修饰的共轭骨架。 作者以玫瑰树碱为模型进行了研究，发现氢键不仅诱导多晶组装，而且对形成沿π共轭平面的有效电荷传输路径也至关重要。在π−π堆叠和氢键方向，微波传导法测得的本征短程空穴迁移率高达6.5 cm2V−1s−1和4.2 cm2V−1s−1，在场效应晶体管中测得的长程表观空穴迁移率可达1.3 × 10-3 cm2V−1s−1和0.4 × 10-3 cm2V−1s−1。 本文中，ADF被用于计算转移积分等计算，用于Marcus–Levich–Jortner理论研究载流子迁移率。 文献： Fengjiao Zhang, Vincent Lemaur, Wookjin Choi, Prapti Kafle, Shu Seki, Jérôme Cornil, David Beljonne & Ying Diao, Repurposing DNA-binding agents as H-bonded organic semiconductors, Nature Communications, volume 10, Article number: 4217 (2019) 

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电子耦合如何决定分子晶体不同晶相的能量稳定性？（Chem. Mater. 2019）

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分子单体之间的电子耦合是决定有机半导体电荷输运的一个关键因素，而这直接受分子排布方式所影响。 Christian Winkler等研究了喹吖啶酮不同晶相下的分子间的相互作用，及其对能量稳定性的影响。为了深入研究这种影响，作者从α晶相喹吖啶酮为原型创建了共面的模型晶体，从而系统地比较电子耦合、总能量与位移的相关性。 通过这种方法确认，泡利排斥以及轨道的再次杂化，促使该体系倾向于电子耦合最低的晶体结构。这种趋势具有一定普适性，并五苯类似物也有这种趋势。 这表明，高性能的材料设计不能依赖有机半导体π共轭骨架结构“自然地”组装，必须引入官能团，引导晶体向更有利的结构方向发展。其中，以短轴位移为目标或实现相当大的长轴位移的策略，值得深入研究。 本文使用了AMS中的BAND模块的pEDA功能，将分子间的相互作用能分解为泡利排斥能、轨道相互作用能、静电作用能。并使用ZORA方法考虑相对论效应对电子动能的影响。 参考文献: Christian Winkler, Andreas Jeindl, Florian Mayer, Oliver T. Hofmann, Ralf Tonner, and Egbert Zojer,  Understanding the Correlation between Electronic Coupling and Energetic Stability of Molecular Crystal Polymorphs: The Instructive Case of Quinacridone,  Chem. Mater. 2019, 31, 7054–7069

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混合沉积法制备二维有机半导体提升场效应晶体管载流子迁移率（Advanced Science, 2019）

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溶液处理的二维有机半导体在光电子、生物传感器方面的应用，是近年的研究热点。但是制备分子取向规则、缺陷密度低的二维有机晶体薄膜仍然面临挑战。香港大学冯宪平课题组与新墨西哥州立大学Paddy Kwok Leung Chan课题组使用超慢剪切法（Ultraslow Shearing Method）制备出高度结晶的C10-DNTT单层晶体。通过表面能计算，证实其动力学Wulff构造生长模式。   得到的无缝、高度结晶单层作为模板，在上面热沉积另一个超薄C10-DNTT结晶单层，这种方式制备的薄膜，其分子取向完全复制了模板的取向。C10-DNTT制备的有机场效应晶体管载流子迁移率可以达到14.7 cm2/V·s，而纯粹的热蒸发法只能达到7.3 cm2/V·s，溶液剪切法为2.8 cm2/V·s。这种简单有效的方法，可能用于大规模制备高性能、低成本电子产品。 载流子迁移率的计算，采用AMS软件中的ADF模块，通过转移积分的计算得到。 Zhiwen Zhou, Qisheng Wu, Sijia Wang, Yu-Ting Huang, Hua Guo, Shien-Ping Feng,* and Paddy Kwok Leung Chan*, Field-Effect Transistors Based on 2D Organic Semiconductors Developed by a Hybrid Deposition Method, Adv. Sci. 2019, 1900775

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