南京郵電大學柔性電子全國重點實驗室/化學與生命科學學院賴文勇教授課題組在柔性晶態光電薄膜材料設計制備與功能調控方向取得重要進展，其提出的界面預組裝定向生長（IPOG）策略為平衡材料結晶性與柔韌性這一長期科學難題提供了新思路。研究聚焦于共軛有機框架（COF）材料的結構-性能關系，通過分子設計實現了材料光電特性與力學性能的協同調控。相關成果以“Interface Preassembly Oriented Growth Strategy Towards Flexible Crystalline Covalent Organic Framework Films for OLEDs”為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications, 2025, 16, 3321）。
Nature Communications刊發賴文勇教授課題組柔性晶態光電薄膜最新研究進展
柔性電子作為新一代信息技術的關鍵支撐性技術，在人工智能、人機交互、可穿戴設備、智慧診療等領域展現巨大潛力，但其核心材料長期面臨“魚與熊掌不可兼得”的困境：高結晶材料光電性能優越但脆性大易斷裂；柔性聚合物雖可隨意彎曲卻因結構無序導致光電性能不足。例如傳統COF材料因高結晶度導致的脆性和低柔韌性限制了其在柔性電子領域的應用。
針對這一科學難題，研究團隊從生物體系中親疏水相互作用的精確調控機制獲得啟發，創新性提出界面預組裝定向生長策略，通過引入功能性基團（親水/疏水鏈）調控分子界面預組裝行為。在油水界面處，親疏水基團的協同作用促使單體定向排列，形成有序預組裝層，隨后通過乙酸催化的液-液界面聚合，制備了厚度可控（100~300 nm）、面積達20cm2的柔性晶態光電薄膜。X射線衍射（XRD）分析表明，所得到的兩親性柔性晶態薄膜具有高結晶度，且通過調控單體濃度和反應時間可實現納米至微米級的厚度精確控制。研究顯示，通過引入柔性側鏈將材料層間距從3.52?擴展至4.01?——相當于在分子層面“拉開抽屜”，有效抑制了剛性晶態材料因π-π堆積導致的發光猝滅現象，使固態薄膜的發光量子產率提升60倍。該薄膜可承受反復彎折甚至拉伸而不破裂，突破傳統晶態材料的力學極限。
界面預組裝定向生長與COF結構圖
基于此，本研究首次構建了COF基柔性有機發光二極管（OLED）原型器件，其光電轉換效率達到同類器件最高水平，且發光顏色可通過電壓調控實現從深藍到白光的連續變化，這為智能動態顯示提供了新方案。研究還通過時間分辨SEM、XRD和FTIR追蹤了界面預組裝定向生長策略下COF薄膜的界面預組裝、定向生長與結晶化過程，為理解材料生長動力學提供了實驗依據。
界面預組裝結晶生長機制與OLED應用
該工作從分子工程角度揭示了親疏水作用調控材料微納結構的機制，為設計兼具高結晶度與高柔韌性的光電功能薄膜材料奠定了理論基礎。界面預組裝定向生長策略展現的“結構-性能”精準調控能力，為開發兼具類皮膚柔性和半導體性能的電子材料開辟了新路徑。目前，團隊正進一步探索COF材料的電荷傳輸機制與器件界面優化，以期推動其在柔性顯示、柔性傳感、仿生電子等領域的深度應用。
論文的第一作者是柔性電子全國重點實驗室/化學與生命科學學院李祥春副教授，通訊作者為柔性電子全國重點實驗室/化學與生命科學學院賴文勇教授。該項研究成果同時得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重點項目、江蘇省重點研發計劃項目等支持。
（撰稿：劉琳 初審：喬祖琴、羅志敏、戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）