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《自然·通讯》报道黄维院士、解令海教授团队在

  中国青年报客户端西安4月9日电(中青报·中青网记者 黄博)记者今天从西北工业大学获悉,该校柔性电子研究院(柔性电子前沿科学中心)黄维院士和南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院解令海教授团队在有机纳米聚合物领域取得重大突破。研究成果“基于中心对称分子排列的立体选择格子化和聚格子化”于4月9日在国际顶级期刊Nature Communications(《自然•通讯》)在线发表,解令海教授和黄维院士为共同通讯作者,博士研究生林冬青同学和青年教师魏颖博士为论文共同第一作者。

  此次有机纳米聚合物领域的重大突破正逢诺贝尔化学奖获得者斯陶丁格(Hermann Staudinger)提出的高分子科学概念100周年。黄维院士表示,有机纳米聚合物方向将开启高分子科学的新篇章,有机纳米聚合物半导体将为塑料电子提供新的方案。未来,他们的工作将潜在影响新一代有机宽带隙半导体材料、电泵浦激光、柔性电子器件、印刷显示技术以及信息存储与神经形态计算以及有机THz技术等相关科学技术前沿领域。

  据介绍,自艾伦·黑格( Alan J. Heeger)等于1976年发现导电聚合物并于2000年获得诺贝尔化学奖以来,有机半导体及在其基础上孕育出来的柔性电子技术成为承载未来信息产业与智能制造的最具潜力的载体。然而直至今天,柔性电子技术特别是有机电子技术仍面临着巨大挑战。以有机宽带隙半导体为例,其综合性能与材料参数远远落于以GaN/SiC为代表的无机半导体。在这样的背景下,回归有机半导体的本质以及深层次基础物理化学问题探索具有重要的科学意义和技术价值。

  近年来,黄维院士和解令海教授带领的团队针对分子局限提出了有机纳米聚合物(Organic Nanopolymers)的概念,并开创了聚格类有机纳米聚合物这一新的研究方向。有机纳米聚合物指的是由有机纳米单体作为重复单元经共价纳米连接而成的一类高分子。这类骨架结构可兼顾碳纳米类无机光电特性与高分子的可溶液加工优势。

  在该研究中,团队设计的A2B2型合成子不仅克服了交联问题,而且还可以有效地控制纳米聚合物的立构规整度。他们从团队提出的“分子吸斥协同理论(SMART)”出发,利用电子给受体之间的π-π堆积吸引力与质子化氮杂芴超亲电体的电荷排斥力,调控出反平行与中心对称的分子排列模式,从而克服了傅克反应过程中热力学平衡的干扰,实现了格子化与聚格子化反应的内消旋选择性。

  由于A1B1合成子二聚体形成的缺角格与1948年荷兰版画大师摩里茨•科奈里斯•埃舍尔创作的《手画手》存在一种对应关系,最终他们将这一类有机纳米命名为手画手格芳烃(Drawing Hands-type Gridarene, DHG)。

  值得一提的是,他们合成的手画手聚格表现出了有机纳米聚合物的关键特征,这将是具有重要里程碑意义的。高分子物理研究表明,作为内消旋选择的格基纳米聚合物(长度达20~30 nm),这类环链交替的主链结构具有1.651的Mark-Houwink指数与流体力学半径Rh~M1.13的依赖关系,证明了手画手聚格具有纳米聚合物的特征。

  该研究工作得到了国家自然基金项目面上项目、国家自然科学基金重大研究计划集成项目、江苏省“六大人才高峰”创新人才团队项目等项目的资助,以及吉林大学陆丹教授的大力支持。