近日，我校化學化工學院青年教師劉鋒鋼，在5G通訊材料領域取得重要進展。相關成果發表于英國皇家化學會旗艦刊物Chemical Science，所研究的有機電光材料具備實用化的前景。

圖1二元交聯材料極化和器件制作示意圖

1 研究背景

近年來，人們在居住、工作、休閑和交通等各種不同場景的多樣化業務需求推動著新一輪的光子革命。其中，以5G無線通訊為主，對于信息高速傳輸的需求已經滲透到大數據、機器學習、遠程醫療及自動駕駛等領域，使信息突破時空限制進行智能互聯。而光子作為載體的信息處理傳輸材料可以很好的解決傳輸速率慢的問題，因此制備出高速、低耗能和易于工業化生產的電光材料，從而實現高速率的數據中心光互連，成為學術界和工業界亟待解決的關鍵問題。

在傳統的商業化電光材料的研究中，主要是以無機材料鈮酸鋰作為代表。傳統鈮酸鋰材料所制成的電光調制器的信號質量、帶寬、半波電壓、插入損耗等關鍵性能參數的提升逐漸遭遇瓶頸，電光系數低，晶體生長、加工困難、體積龐大且與CMOS工藝不兼容等。與無機材料和電子為載體的微電子材料相比，光子為載體的有機二階非線性電光材料具有電光系數高、光學損傷閾值高、響應速度快、制備過程更易于生產，具有良好的熱穩定性、成本低以及選擇范圍廣等優點，并能易與半導體微電子器件實現集成，故而有很大的應用前景。而有機非線性光學材料運用到商業化的電光調制器等領域也面臨著技術瓶頸（難以滿足Telecordia GR-468-CORE standards標準），如何獲得兼具大的電光系數（r₃₃值）、光熱穩定性、極化取向穩定性的有機電光發色團仍然是行業的難點。

圖2電光材料QLD1-QLD4的分子結構

2 研究內容

針對這一難點，劉鋒鋼博士首次提出了二元交聯材料的解決方案：將可以交聯的蒽和丙烯酸酯基團修飾到發色團QLD1-QLD4的電子給體和電子橋上，發色團在電場的作用下發色極化取向，溫度進一步升高，交聯反應發生，以網狀聚合物的形式固定住已經取向的發色團分子，光熱穩定性大幅提升。此外，由于沒有小分子/聚合物交聯劑的存在，發色團含量高達100wt%,電光系數大幅提升。

交聯后，QLD1/QLD2和QLD2/QLD4薄膜的電光活性非常高，r₃₃的最大值分別為327pm/V和373 pm/V，這是目前文獻報告的最高值。經Diels-Alder反應后，其電光薄膜的玻璃化轉變溫度從~90°C增加至185°C，這高于任何其他純發色團膜。在85℃高溫下放置500h，電光薄膜QLD1/QLD2仍然可以保持r₃₃初始值的99.63%以上。這些材料具有超高的電光活性和長期極化取向穩定性，為有機電光材料的器件化和商業化提供了可能。

3 相關研究

論文第一作者為碩士生曾紫瑩，化學化工學院青年教師劉鋒鋼和華為技術有限公司劉建華高級工程師為論文的共同通訊作者，廣州大學為第一通訊單位。該研究工作得到了國家自然學基金﹑華為技術有限公司橫向項目﹑廣州市市校（院）聯合資助項目等的項目支持。

劉鋒鋼博士簡介：劉鋒鋼博士長期致力于有機電光材料的研究，2017年入職廣大加入王家海教授團隊，以一作/通訊作者身份，在知名國際期刊發表SCI論文30余篇，他引1500余次，H指數24。主持了國家自然科學基金、華為技術有限公司橫向以及廣州市科技計劃等近400萬元經費的項目。

論文來源

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/sc/d2sc05231h