柔性晶态光电薄膜新突破：COF基材料实现OLED高效发光

柔性电子作为新一代信息技术的关键性支撑技术，在人工智能、人机交互、可穿戴设备、智慧诊疗等领域展现巨大潜力，但其核心材料长期面临“鱼与熊掌不可兼得”的困境：高结晶材料光电性能优越但脆性大易断裂，柔性聚合物虽可随意弯曲却因结构无序导致光电性能不足。共轭有机框架（COFs）因其高结晶性和可设计性，被视为下一代光电材料的潜力候选者。然而，传统COF材料面临结晶性、柔韧性和光电性能难以兼容的矛盾，提升结晶度会牺牲机械柔性，导致材料脆性增加，难以满足柔性电子器件对可弯曲、可拉伸的需求。此外，基于COF材料普遍存在发光效率低、薄膜质量差等问题，严重制约了其在有机发光二极管（OLED）等光电器件中的应用。 

南京邮电大学柔性电子全国重点实验室团队从生物体系中亲疏水相互作用的精确调控机制获得启发，创新性提出界面预组装定向生长（IPOG）策略，通过引入功能性基团（亲水/疏水链）调控分子界面预组装行为。在油水界面处，亲疏水基团的协同作用促使单体定向排列，形成有序预组装层，随后通过乙酸催化的液-液界面聚合，实现了厚度可控（100~300 nm）、面积达20 cm2的柔性晶态光电薄膜。X射线衍射（XRD）分析表明，所制得的两亲性柔性晶态薄膜具有高结晶度，且通过调控单体浓度和反应时间可实现纳米至微米级的厚度精确控制。研究显示，通过引入柔性侧链将材料层间距从3.52 Å扩展至4.01 Å——相当于在分子层面“拉开抽屉”，有效抑制了刚性晶态材料因π-π堆积导致的发光猝灭现象，使固态薄膜的发光量子产率提升60倍。该薄膜可承受反复弯折甚至拉伸而不破裂，突破传统晶态材料的力学极限。

图1. 界面预组装定向生长策略制备柔性晶态光电薄膜

界面预组装定向生长策略为平衡材料结晶性与柔韧性这一长期科学难题提供了新思路，基于该柔性晶态光电薄膜构建了COF基柔性OLED原型器件，其光电转换效率达到同类器件最高水平；且发光颜色可通过电压调控实现从深蓝到白光的连续变化，为智能动态显示提供了新方案。研究还通过时间分辨SEM、XRD和FT-IR追踪了界面预组装定向生长策略下COF薄膜的界面预组装、定向生长与结晶化过程，为理解材料生长动力学提供了实验依据。IPOG策略反应条件温和（室温制备），无需复杂设备，且可通过调整单体浓度和反应时间精确控制薄膜厚度，具备规模化生产潜力。本研究成果不仅开拓了共轭有机框架材料器件化应用的新方向，更为柔性晶态光电材料的创新制备构建了普适性方法体系。该突破性进展实现了柔性晶态材料设计与光电应用的协同优化，为“泛在显示”智能生态系统的构建奠定了关键材料基础。

图2. 柔性晶态光电薄膜与OLED器件性能

论文的第一作者是南京邮电大学柔性电子全国重点实验室李祥春副教授，通讯作者为赖文勇教授。该项研究成果同时得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、江苏省重点研发计划项目等支持。

Interface preassembly oriented growth strategy towards flexible crystalline covalent organic framework films for OLEDs

Xiang-Chun Li, Hao Sun, Zuqiang Wang, Weijie Yang, Qiaoyu Wang, Chuanrui Wu, Jiajun Chen, Qinchen Jiang, Ling-Jun He, Qian Xue, Wei Huang & Wen-Yong Lai 

Nat. Commun., 2025, 16, 3321, DOI: 10.1038/s41467-025-58534-7

以上内容转载自https://www.x-mol.com/news/919283

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