Nature Photonics: 有机半导体短波红外电致发光

元催化

2022-10-02

短波红外一般指波长范围在1000至1700 纳米之间的电磁辐射。近年来，短波红外技术在科学和工程技术等诸多领域凸显日渐显著的重要地位， 这主要得益于短波红外光的若干重要特性。根据瑞利散射定律，散射的强度与波长四次方成反比，所以相比较可见光而言，短波红外不易受散射，有较强穿透能力，具备良好的夜间成像效果，对易受大气环境和雾霾等不良天气的影响可见光成像系统形成有益补充。基于同样的原理，相对于可见光和近红外光，短波红外光/近红外二区发光在生物体内或者组织器件中散射低、穿透深，更易于获得分辨率高的光学成像。再者，与中波红外和长波红外的热成像相比，短波红外更适合人眼的视觉特性。

近日，华南理工大学材料科学与工程学院、发光材料与器件国家重点实验室吴宏滨教授课题组联合西安近代化学研究所、香港城市大学和北京大学等研究团队联合提出使用目前成为有机光伏受体材料主流的给体-受体-给体(A-D-A)类型非富勒烯电子受体作为发光材料，制备高性能短波红外发光二极管。A-D-A型非富勒烯电子受体具有便于化学结构调控，分子内电荷转移效应强，分子平面性和刚性好，电子离域增强，光物理特性和电子结构特性突出等显著特点，在光伏器件应用中呈现光子能量损失小等特质，是近年来有机光伏领域突破的关键因素。研究团队紧密合作, 结合激发态和光物理分析，发现了若干发光光谱范围覆盖900-1400纳米的高性能短波红外发光分子, 其光致发光效率在0.1-10%的范围，远较此前所认知的要高。

本文要点：

（1）本文通过化学修饰调控和优化稠环受体分子的结构，为获得高亮度的短波红外电致发光奠定重要的分子结构基础和材料物理基础。研究涉及的一系列有机半导体中,其中最有代表性的分子IDSe-4Cl，发光范围覆盖900-1300nm短波红外波段，该分子骨架较强的平面性和刚性，能很好地限制原子振动。

（2）该研究工作不仅在实验上发现了A-D-A类型有机半导体优异的短波红外电致发光特性，开启一个应用前景广阔的领域，研究还丰富了针对有机短波红外发光材料特性首创的光物理分析方法，阐明了该类材料具有优异发光特性的光物理基础和材料科学基础，为利用有机半导体实现新的性能跨越提供了新的策略和思路。

参考文献：

Xie, Y., Liu, W., Deng, W. et al. Bright short-wavelength infrared organic light-emitting devices. Nat. Photon. (2022).

DOI：10.1038/s41566-022-01069-w

https://www.nature.com/articles/s41566-022-01069-w