Wiley人物专访之青年科学家访谈——华中科技大学周印华教授

“本周末WILEY人物访谈之青年科学家访谈我们对话的是华中科技大学周印华教授。访谈中周老师介绍了课题组致力于柔性可印刷有机光电子材料和器件的研究,并提到了近期其课题组围绕近几年的研究工作而总结发表在《先进功能材料》上的综述论文。最后,周老师结合自身经历,分享了一些关于科研和生活的心得体会。

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周印华,华中科技大学教授。2003和2008年分别获得吉林大学学士和博士学位,其中2007年9月至2008年8月在瑞典林雪平大学进行访问学习。2009年3月至2013年9月在美国佐治亚理工学院做博士后研究,2013年10月起加入华中科技大学武汉光电国家研究中心。近年来主要围绕柔性可印刷有机光电材料及器件开展研究,集中在高性能柔性电极及界面材料,开发出低功函的PEI-Zn界面材料,实现了全溶液涂布型有机太阳能电池及电致发光器件。在ScienceNat. Commun.Adv. Mater.J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文100余篇,被引用6000余次。担任ScienceNat. Photon.Nat. Energy等期刊的评审人。

您能否简单介绍一下课题组的工作

课题组主要研究方向为柔性可印刷有机光电子材料与器件,依托可溶性高分子半导体光电材料,研究与之相匹配的新型电极与界面材料,实现可全印刷/全溶液加工型、柔性有机光电子器件。

在高功函数电极/界面材料方面,课题组最近几年围绕导电高分子PEDOT:PSS的改性(光学、电学、化学、机械性能、转印制膜)及器件应用做了系列的研究,近期我们把这一部分的工作总结成了一篇长的综述论文,已发表在Adv. Funct. Mater. 2020,2006213。

在低功函电极/界面材料方面,2012年我还在做博士后的时候报道了聚乙烯亚胺(PEI)可大幅降低表面功函数(Science 2012,336,327),有助于器件中电子的注入与收集,后来这一策略被广泛应用于光电子器件中。PEI材料易于获得、在降低功函方面效果显著,但也存在缺点,如:本征绝缘、且具有较强的还原性,易与高效有机光伏半导体材料ITIC系列反应(Adv. Mater. 2019, 31, 1806616)。基于这些考虑,我们最近采用金属离子螯合策略,获得了一种低功函、非电学绝缘、还原性弱的新型界面材料PEI-Zn(Nature Commun. 2020, 11, 4508.),与PEDOT:PSS、金属纳米线等有很好的兼容性,并实现了超薄(1.3微米)、弯折半径低至微米的有机太阳能电池,PEI-Zn在柔性电子、印刷电子领域应用前景广阔。

通过对界面电荷传输行为的理解和相关材料的开发,实现了系列新型光电子器件,如全溶液加工型非富勒烯有机光伏电池(Adv. Mater. 2020, 32, 1907840.)、柔性多结有机光伏电池(Mater. Horiz. 2016, 3, 452)等。

当您还在上学的时候,您想未来从事什么职业?是什么把您吸引到科学领域的呢?

在上学的过程中,我并没有特别明确的职业规划。我们的职业选择往往受到社会大环境的影响,过去三十年我们国家飞速发展,创造了很多的机会,儿时的小伙伴很多很早地就祖国建设的大潮中,我那时候觉得我可能也是这大潮中的一员。后来读了大学、研究生,受几位导师的影响,领会到科学研究的魅力。再加上国家近些年对基础研究、科技创新的支持力度不断加大,也有很多机会,所以很自然地就选择了这条教书育人、科学研究的道路。

您觉得对您的职业影响最大的人是谁?

对我职业影响最大的是我的导师们。我是2003-2008年在吉林大学超分子国重实验室田文晶教授组读的博士,很感谢田老师把我带进有机光电子材料与器件这个领域,这个领域很大,从高度交叉的基础研究(包括化学、物理、材料等)到广阔的产业应用(柔性电子、印刷电子、生物电子等,包括目前已经成熟的OLED行业),有很多令人尊敬的优秀同行,过去十几年里,这个领域的发展是非常惊人的、令人兴奋的。另外,田老师大力支持我们抓住各种出外交流的机会,我们组的同学们都很受益于此。

2007-2008年,在田老师支持下,我有机会到瑞典林雪平大学Olle Inganäs和Fengling Zhang教授课题组做访问博士生。在那里,我接触导电聚合物以及表面修饰的研究,直到现在这两方面也是我的研究重点。

2009年初,我到了佐治亚理工学院Bernard Kippelen教授组做博士后研究,那里有一个很大的有机光电子研究中心,多个课题组之间的研究高度交叉,在那里我们发现了聚乙烯亚胺(PEI)可大幅降低导体/半导体表面的功函数(Science 2012,336,327),有利于电子的注入和收集。后来这一策略被广泛应用于光电子器件中(包括有机、钙钛矿、量子点器件等)。

所以,是这几位导师带领我到科学目前的职业生涯上来。在自己独立开展研究工作之后,学生们经常能给惊喜,能给出比预想更好的实验结果,他们的进步和成长,让我更加坚定这个职业的决心。

您的研究组对于柔性光电子器件有什么兴趣?您对于柔性光电子器件的前景有何展望?

柔性光电子除了光学和电学性能之外,机械柔性也是核心。有机高分子半导体材料,具有长的链状结构,在机械柔性方面具有优势。依托有机半导体光电材料,在构建器件的时候,器件的电极、界面层也都需要具有优异的机械性能,才能实现整个器件的机械性能优异。材料始终是根本,材料会从底层决定器件的光电和机械性质,所以我们课题组目前在开发机械柔性好的电极和界面材料,如:我们最近发表的新型界面材料PEI-Zn(Nature Commun. 2020, 11, 4508.),低功函、非电学绝缘、还原性弱、机械柔性好,就是这样一个例子。另外,柔性器件的制备工艺、稳定性以及新的器件结构/功能,也是我们研究组目前在开展的工作,也取得了一些初步的进展。

关于柔性光电子器件的前景,柔性是相对刚性而言,也是其最突出的优点,也是柔性光电子器件最能体现价值的地方。柔性、轻质意味着器件易于与目标物体进行集成、贴合。柔性光电子器件未来最大的应用场景应该是在生物医疗、健康领域,这个领域太大、太重要,柔性有机光电子器件本身是依托有机半导体,而人体也是有机体,可以很好的结合,领域内也已经在开展基于有机半导体的生物电子方面的研究。

您觉得您对什么类型的文章会很有兴趣?

有两类文章是特别的重要的,一种是一个领域的开山之作,比如率先发现有机半导体可以用来做发光二极管、可以用来做太阳能电池的文章,开辟了一个领域,并且带来了产业应用;另一种是解决了整个领域公认的难点、瓶颈的文章,比如有机太阳能电池最开始大家预测能量转换效率很难突破10%,效率确实在10%以下徘徊了好几年,后来稠环非富勒稀受体的开发,减少了能量损失,效率快速提升,现在已经超过了17%。这两类文章是很难得的。

另外,我也很喜欢读其他idea很新的文章,比如新的材料结构、器件结构,材料有新的应用,或者器件有新的功能等等。

科学工作之余,您如何平衡生活和工作?您最大的爱好是什么?

平衡生活和工作,对科研人员来说是很难的。我个人觉得尽量不要让工作的时间去占据生活的时间,要多关注自己和家人的身心健康。我个人比较喜欢历史、旅游,喜欢听故事;运动方面,以前踢足球,现在运动主要是陪小孩游泳、骑行、慢跑等。

您认为什么是科学工作者最重要的品质?您对有志从事科学研究的青年学生有什么建议

勤于思考、乐于动手、善于交流,这些是科学工作者需具备的品质。有时候思考比动手做还重要,交流也非常重要,交流会启发新的idea,也可以督促自己去思考自己的不足、让自己重新凝练。

对于青年学生来说,要培养自己这几方面的能力。另外,进入一个领域,不能着急,要先了解这个领域发展的历史、重要的突破,以及当下面临的问题,先把基础打扎实。基础打牢之后,再去解决这个领域的问题,最好是大家公认的问题。选课题要问题导向,这样的课题往往难度较大,研究过程中间肯定会遭遇挫折,但问题导向的课题往往很具有影响力和显示度,也是很能让人成长的。