针对宽带隙聚合物半导体发光不稳定的国际难题，南京工业大学黄维院士团队与阿卜杜拉国王科技大学副校长、牛津大学Donal Bradley院士团队合作，原创性地提出通过精准的超分子自封装策略设计新一代蓝光聚合物半导体，在提高半导体发光稳定性的同时有效增强分子链间的载流子传输，实现高质量均匀发光薄膜的大面积制造，构筑高效稳定的柔性深蓝光发光光电子器件。

柔性发光光电子器件，可用于穿戴电子、电子皮肤以及生物智能设备，成为学术界和工业界研究的重点。相比于目前高效稳定的窄带隙红光和绿光聚合物，聚合物蓝光半导体由于结构性高能吸收、可组装性易聚集以及化学物理特性不稳定，导致发光光谱不稳定、发光量子效率降低以及器件重复性差、工作寿命短，成为限制聚合物发光半导体应用于信息显示和固体照明的重要瓶颈。作为最具实际应用潜力的宽带隙发光聚合物，聚芴半导体，由于本身的深蓝光、高荧光效率、易修饰等优点，被广泛应用于发光光电子器件。与其它发光聚合物类似，传统结构的聚芴半导体在加工和后处理过程中同样呈现复杂的链构象行为和多相态转变特性，易诱导薄膜中微纳区域呈现各异的凝聚态结构，产生不稳定性的光电物理过程，降低器件的发光性能和稳定性。

图1 超分子自封装策略构筑高效稳定宽带隙聚合物蓝光半导体

在前期光电高分子凝聚态结构研究的基础上，受器件封装可抑制器件间串联和阻断水氧的启发，南京工业大学先进材料研究院黄维院士和林进义副教授研究小组提出一种全新的分子设计方法：超分子自封装策略，是构筑高性能发光共轭聚合物的重要方法，提出超分子塑料电子学，制备一系列高效稳定的宽带隙聚芴蓝光半导体（图1）。通过在芴4位侧基引入具有载流子传输行为的稠环基团，借助精准的分子组装，在发光主链周围形成稠环封装层，链间形成一道有效的位阻型隔离层，有效抑制分子链间的聚集作用和π-π电子耦合作用。同时，侧基稠环间的π-π堆积作用可以在封装层内部有效促进载流子的迁移，为主链间的载流子传输提供“中间媒介”，实现载流子在主链共轭骨架内部和主链间的二维载流子传输。因此，稠环封装层在有效抑制主链间作用的前提下可以有效提高固态薄膜的载流子迁移率（~10-3 cm2 V-1 s-1）（图2）。基于该设计理念，本文构筑了一类超稳定聚合物蓝光半导体，旋涂薄膜的发光特性呈现不敏感的薄膜厚度依赖特性，薄膜在60~200 nm厚度变化均呈现良好的光谱稳定性，因此，通过刮涂的溶液加工方法构筑了大面积、均匀发光的柔性薄膜（30 cm×20 cm）；瞬态吸收谱证明了稠环封端型发光聚合物在薄膜状态下呈现明显的单分子激发态发光特性，证明了超分子自封装策略的有效性。与此同时，该发光薄膜在光、水、氧的长时间作用下，并未产生明显的绿光带发射，证明分子自封装策略可有效提高半导体的发光稳定性。因此，基于该半导体的发光薄膜，实现了2.56 cd/A和半峰全宽为32 nm的深蓝光发光器件。在此基础上，以PEDOT:PSS为电极，构筑了一类高性能、大面积的柔性深蓝光发光器件，电流效率达到1.73 cd/A。与前期人们发现电致光谱的膜厚依赖性不同的是，论文中设计的聚芴半导体的电致光谱并不存在明显的膜厚依赖特征，为后期通过溶液加工实现大规模的光电子器件制造提供可能。超分子自封装策略，是构筑高效稳定发光有机半导体的普适性分子设计理念。

图2 新型宽带隙发光半导体制造及柔性器件

相关成果近期以Ultrastable Supramolecular Self‐Encapsulated Wide‐Bandgap Conjugated Polymers for Large‐Area and Flexible Electroluminescent Devices为题，发表在Advanced Materials (2018, 1804811)上。该工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金委、江苏省六大高峰人才计划、江苏省高校自然基金重大项目、江苏省先进生物与化学制造协同中心留学基金等项目的资助和支持。南京工业大学林进义副教授是本论文的第一作者，阿卜杜拉国王科技大学副校长、牛津大学Donal Bradley教授和南京邮电大学解令海教授是本论文的共同通讯作者。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201804811