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发行人：黄建璋所长 编辑委员：曾雪峰教授 主编：林筱文 发行日期：2021.05.30 |
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本所刘致为教授荣获「2021年潘文渊文教基金会研究杰出奖」，特此恭贺！
本所吴志毅教授、周昂升博士生研究团队研究成果于5月14日（台湾时间）登上国际顶尖期刊《自然》（Nature），特此恭贺！
相关报导网页连结：
https://www.ntu.edu.tw/spotlight/2021/1949_20210514.html
Nature期刊连结：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9
本所吴育任、吴肇欣教授参加电资联队，荣获「台湾大学工学院、电资学院、法律学院暨理学院2021年教职员工羽球联谊赛」亚军，特此恭贺！
本所6月份演讲公告：
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讲者 |
讲题 |
地点 |
时间 |
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6/11 |
瑞鼎科技股份有限公司 |
待订 |
博理馆
101演讲厅 |
14:20~16:00 |
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6/18 |
薛六同心理师
台湾大学心辅中心 |
待订 |
博理馆
101演讲厅 |
14:20~16:00 |
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～ 光电所所属实验场所小型紧急应变演练 ～
（时间：2021年4月26日，上午11:10~11:40）
撰文：陈姿妤
演练地点：电机一馆103室。
演练内容：
本次演练主要目的为使人员在实验室意外灾害事故发生时各司其责，采取正确而有效方式控制灾害，并落实实验室人员具备紧急逃生之观念与方式，以提高紧急状况时的应变能力。
上午11:10于电机一馆103实验室，假设学生进行实验时，发生火灾意外，学生进行初步灭火后，紧急通报所办公室人员，并进行全馆广播人员疏散。本所人员接获通报后，即刻联系馆舍系办人员协助疏散支持；现场启动紧急分组编派人员协助：于出口引导疏散人员尽速远离馆舍、协助火势控制、设置人员禁止进入标示、设置救护站协助受伤同学、于集合区清点确认疏散人员名单。所办人员同时持续紧急联系实验室负责教师（王伦教授）、所长（黄建璋教授）及本所环安卫委员（李翔杰教授）前往电机一馆出口广场前集合；由所长、环安卫委员掌握现场状况并进行指挥调度，确核实验室全部人员疏散完毕，顺利完成此次疏散演练。
此次疏散演练加强了大家在意外发生时，能实时进行紧急通报及疏散的观念。感谢教师、同仁及同学们的全力配合。
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图一、事发实验室发生意外灾害同学进行初步灭火 |
图二、事发实验室同学立即打手机通报所办 |
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图三、所办人员接获实验室通报，即刻通知电机系系办人员及相关人员协助 |
图四、电机系系办人员协助进行馆舍全馆广播 |
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图五、事发实验室同学敲门告知附近实验室人员疏散 |
图六、引导人员疏散至1楼出口广场 |
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图七、设置人员禁止进入标示 |
图八、设置救护站，协助受伤同学救护 |
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图九、事发实验室同学向环安卫教师报告事发经过，并向总指挥主管报告。 |
图十、 人员疏散至门口集合区，并进行人数清点 |
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图十一、 演练结束后，馆舍管理人进行灭火器操作倡导 |
图十二、 演练学生练习操作灭火器 |
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Enhancement of Surface Reflectivity of Fused Deposition Modeling Parts
Professor Jui-che Tsai
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 蔡睿哲教授
Fused deposition modeling (FDM) parts were enhanced by post-processing to improve surface quality. After reforming with loading and heating applied, the surface can reflect light. Hence, FDM parts with reflective surfaces fabricated from the regular FDM process can be used as optical elements. In printed specimen tests, one surface of the specimen is put on a sheet glass, and both are heated and pressured together to reform the surface of FDM parts. After testing several materials, almost every printed specimen is affected by post-processing, and the optical reflectivity of the FDM parts is increased. However, shrinkage causes a reduced height, and the shape of the FDM parts is deformed dramatically in higher temperature heating condition. The proposed post-processing method improves the surface of FDM parts, and a fabrication process combining this method and investment casting to manufacture optical CCR arrays (possibly with smaller pitches than the original purchased acylic model) was established.
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Optical micrographs and light patterns reflected from the surfaces with and without post-processing |
© Elsevier B.V.
Y. F. Chen, Y. H. Wang, and J. C. Tsai,
“Enhancement of surface reflectivity of fused
deposition modeling parts by post-processing,”
Optics Communications,
Vol. 430, pp. 479-485, Jan. 2019.
NTU scientists develop giant gauge device of flexible electronics
Professor Yuh-Renn
Wu
Graduate Institute of Photonics and
Optoelectronics, National Taiwan University
台湾大学光电所 吴育任教授
Professor Wu Yuh-Renn from the Department of Electrical Engineering and Optoelectronics and his Ph.D student Tsai Tsung-Yin, Professor Chang Ching-Ray from the Institute of Applied Physics and the Institute of Electronic Engineering, National Taiwan University and his doctoral student Professor Fuh Huei-Ru (currently teaching at Yuanzhi University), and the Department of Electronic Engineering, Kaohsiung University of Science and Technology Professor Hung Kuan-Ming participated in international team. Recently they developed a method to improve the Gauge factor of strain sensors by using Van der Waals layered materials, which increased the sensitivity by at least 500 times compared with metal materials. By using the mutual interaction of the piezoelectric effect and the photoelectric effect, in addition to the improvement of the Gauge factor, the adjustable range of the Gauge factor is also improved, and it specifically demonstrates its application in the daily activities of the human body to capture small vibration perception. There are important contributions to the principles and applications of learning. The innovative result "Giant Gauge factor of Van der Waals material based strain sensors" was published in Nature Communications on April 1st.
In recent years, software robots, remote monitoring, artificial intelligence, and wearable medical instruments have developed rapidly, and there are higher requirements for the flexibility, sensitivity, and low power consumption of the corresponding sensor. Currently, commercial strain sensors are mainly based on metal materials. However, metal has no energy gap, so the gauge factor of a metal strain sensor is generally limited to a small range of 1-5. Although the energy gap strain of traditional semiconductors is adjustable, traditional semiconductor materials are usually very brittle, which also limits the strain detection range of wearable devices. Compared with metal materials and traditional semiconductor materials, Van der Waals layered semiconductor materials have excellent flexibility, optoelectronic properties and piezoelectric properties, and have huge application prospects in energy storage, optoelectronics, sensing, and wearable devices. Based on this, this cross-international and cross-field team proposed a flexible strain sensor based on Van der Waals layered semiconductor materials. Through the mutual interaction of the piezoelectric effect and the photoelectric effect to adjust the concentration and mobility of carriers, it is the first time that the gauge factor can be continuously adjusted in the range of 23-3933. In addition, as shown in the figure below, the Van der Waals flexible sensor can detect tiny vibrations caused by sound and monitor daily human activities, fully demonstrating its potential applications in robotics, remote monitoring, artificial intelligence, and wearable medical care prospect.
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Figure 1: Van der Waals layered material strain sensor is used in the detection of small vibration caused by sound and monitoring of daily human activities. |
Reference:
Wenjie Yan, Huei-Ru Fuh, Yanhui Lv, Ke-Qiu Chen, Tsung-Yin Tsai, Yuh-Renn Wu, Tung-Ho Shieh, Kuan-Ming Hung*, Juncheng Li, Duan Zhang, Cormac Ó Coileáin, Sunil K. Arora, Zhi Wang, Zhaotan Jiang, Ching-Ray Chang, and Han-Chun Wu*,“Giant Gauge factor of Van der
Waals material based strain sensors”,
Nat Commun
12,
2018 (2021).
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论文题目：以拉曼光谱探究共轭高分子聚集行为
姓名：蓝钰邴
指导教授：吴志毅教授、王俊凯教授（台大凝态中心/中研院原分所）
| 摘要 |
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共轭聚合物因其在软性电子产品中的潜在应用而备受关注。然而，光电性能对功能分子的堆栈结构敏感。探测聚合物堆栈晶格常数依赖X射线绕射，但是其无法解开晶格内结构细节。晚近使用光吸收和光致发光来探查共轭聚合物的聚集行为，未能进一步提供结构信息。本研究使用拉曼光谱通过振动特征探测聚合物结构，研究典范共轭高分子P3HT和复杂的低能隙高分子PBCN4在降温o-DCB中的聚集行为。
两种高分子测得的拉曼光谱在很小的温度范围内表现出剧烈变化（光谱变窄和移动），对应于从孤立的无序状态到有序聚集状态的转变。这种相变类型的行为已通过多尺度分子动力学模拟得到证实。在第一原理计算的帮助下，归因了振动信号来源并确定堆栈组态的结构细节。这两个成功的演示表明，拉曼光谱是揭密共轭聚合物聚集行为的强大工具，可应用于其它有机和生物系统。
图一说明：
为了适当地比较拉曼光谱应用于探测共轭高分子聚集行为与领域中惯常使用的光致荧光
（PL）与光吸收
（UV-Vis absorption）方法的优劣，最好同时量测拉曼、荧光与吸收于相同状态、相同位置的样品。因此我架设了这三种光谱光路，可同时、原位（in-situ）观察位于显微镜下随制程条件
（例如：将溶液降温
）演进的样品。
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图一、(a) 785 nm拉曼光谱及532 nm激发光致荧光光谱光路。(b)光吸收光谱光路。 |
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图二、比较三种仿真的P3HT堆栈组态—planar, torsional以及tilted—所具有的拉曼光谱特征与实验量测的光谱。 |
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— 资料提供：影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology
Knowledge Platform) —
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整理：林晃岩教授、卓真禾 —
TADF敏化目标为深蓝色
高效且长寿命的深蓝色有机发光二极管（OLED）的开发，仍然是有机电子研究界的“圣杯”。对于具有改进的色域和亮度之下一代显示器来说，的确需要这样的组件。然而，这是一个具有挑战性的目标，因为许多蓝色有机材料会发生分子键解离，这又会导致通电操作下的组件性能下降1。
特别地，蓝色有机发光体的稳定性，已知基本上受激发态（激子exciton）的时间动态和分子键的相对强度的影响。具有稳定的共价键和快速衰减的辐射单重态激子（S1）的纯有机常规荧光掺杂剂可以具有稳定的电致发光。但是，由于它们不回收非辐射三重态（T1）激子，因此严重限制了荧光OLED的效率。相比之下，可以回收T1激子的磷光掺杂剂效率高，但其激子衰减过程较慢，并且还具有配位键相对较弱的金属错合物。这两个因素都会损害组件的稳定性。
结果，当今的商用OLED面板仍然倾向于依靠效率较低的蓝色荧光发光体来获得所需的组件稳定性。为了解决蓝色效率低的问题，OLED显示器中已经采用了各种独特的像素补救措施，例如，蓝色像素大于红色和绿色像素。
具有热激活延迟荧光（TADF）的纯有机发光体，提供了一种解决上述问题的潜在方法，并且近年来已成为引起极大兴趣的研究主题。从热力学角度来看，合理的设计可以使纯有机TADF发光体仅带有共价键，其键解离能比磷光体中的配位键大。
同样，与具有相同发射光谱的T1发射磷光发光体相比，S1发射TADF发光体应始终具有相对较低的T1能量。从动力学的角度来看，精心设计的TADF发光体的分子结构可以具有超过107 s–1的反向系统间交叉（kRISC）速率，比最新的磷光发光体的辐射衰减速率快一个数量级2,3。所有这些参数将有利于抑制TADF发光体在电激发下的键断裂反应，从而提高组件的工作稳定性。对天蓝色TADF组件使用寿命的初步研究令人鼓舞，但随后深蓝色TADF组件的开发却进展缓慢。深蓝色组件不仅需要高能发光体，而且还需要高能宿主和传输层。此外，深蓝色TADF发光体的较低kRISCs也会引起大量非期望的激子消灭，进一步加剧了这种情况。
现在，在《自然光子学》中，日本和韩国的两个独立研究小组报告了高效且稳定的深蓝色OLED4,5。两种设计都利用TADF敏化荧光（TADF-sensitized-fluorescence, TSF）机制（也称为超荧光hyperfluorescence），其中TADF材料用作敏化剂来收集三重态激子，然后透过Förster能量转移（FRET）将单重态激子转移到末端荧光发光体6,7。
远程FRET交互作用通常具有很高的掺杂剂浓度相依的能量传输速率值，其值为108–1011 s–1，这使得能够快速消耗三重态激子来抑制TSF系统中的激子消灭。为了防止放热的逆向能量转移，尽管由于高能激子的形成会对组件的稳定性有害，但主体和TADF敏化剂比深蓝色终端发光体的能量高被认为是必须的。而如何克服这个问题是相当困难的。
本期4,5中报导的两个最新发现为如何正确配对深蓝色TSF组件中的主体，敏化剂和终端发光体的三元系统提供了新思路，以实现稳定的电致发光。
值得注意的是，两项工作均使用v-DABNA作为终端发光体，最近由Hatakeyama及其同事报导作为多共振（multiple resonance, MR）TADF掺杂剂8。v-DABNA具有刚性稠环和非键合分子轨道，可将振动耦合极小化，已显示出前所未有的窄频宽电致发光，其半高全宽（FWHM）约为18 nm。
从技术而言，窄发射频宽是优选的，因为它会产生更纯净的发射颜色。有利地，v-DABNA发射深蓝色窄发射频宽，发射峰值为475 nm。此外，由于其单重态-三重态的能隙（ΔEST）小，v-DABNA还可以回收T1激子，消除激子损耗并提高组件效率。更重要的是，v-DABNA的低能量和小的斯托克斯位移（Stokes shift = 10 nm）使得有可能在TSF组件中选择具有较小相对能量的合适主体和敏化剂，以克服组件的工作稳定性问题而不牺牲其效率。
Chan等人的创新是为了将能量从电激发的天蓝色敏化剂放热转移到v-DABNA的激发态，从而产生深蓝色发光4。这种能量转移方法基于两个假设：首先，TADF敏化剂的电荷转移激发态将始终导致能态分布变广。其次，v-DABNA的小斯托克斯位移确保有效的受体吸收-供体发射光谱，与更加红移发射峰的敏化剂重迭（图1a）。
基于先前报导的稳定的咔唑/氰基（CN）原型，开发了杂给体型TADF化合物HDT-1，其在CN组的对位带有庞大的间-三联苯单元，从而产生了天蓝色发射峰在485 nm处达到峰值，高光量子产率超过90％，kRISC的快速变化接近106 s-1。在mCBP、HDT-1和
v-DABNA的三元掺杂膜中，FRET效率估计为64%。最终的OLED在1000 cd m-2的初始亮度下具有19%的高外部量子效率（EQE），CIE坐标（0.15，0.20），发射FWHM为18 nm和组件寿命（LT95）为11小时。
相反地，Jeon等人专注于降低主体的T1能量以提供稳定的深蓝色TSF组件5。 提出了一种优雅的三重态激子分布（TED）组件概念（如图1b所示），其所选主体的T1能量低于敏化剂的T1能量以提高组件稳定性，但高于v-DABNA的能量保持高效率。开发了两种新的TADF敏化剂PPCzTrz和PCzTrz，在TED组件中，主要的能量传递方式仍然是从这些敏化剂到v-DABNA的敏化过程，以实现快速激子发射衰变。基于PPCzTrz和PCzTrz的OLED的最大EQE为33.0±0.3％和33.5±0.1％，CIE坐标为（0.13，0.17）和（0.14，0.23），LT50分别为151±3h和112±3h（初始亮度为1,000 cd m–2）。
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图1、光物理特性和发射机制的比较。（a）比较Chan等人的作品4（b）Jeon等人作品的比较5。插图显示了敏化剂（HDT-1和PPCzTrz）的化学结构。该图经过改编并获得了（a）参考文献4 Springer Nature Ltd和（b）参考文献5 Springer Nature Ltd中的数据引用允许。 |
两个团队还实施了组件工程，以进一步提高组件性能。在Chan等人的工作中，使用两单元堆栈的串联结构使1,000 cd m–2的EQE达到32％，改进的LT95为18小时，几乎是单一单元设备的两倍。观察到较小的CIEy值为0.16，这可能是由于串联组件中的微腔较弱。在Jeon等人的工作中，顶部发光组件的初始亮度为29.3±0.9％和34.4±0.9％，CIEy值分别为0.09和LT50的分别为7,400±240 h和6,100±100 h。分别使用PPCzTrz和PCzTrz敏化剂的100 cd m–2。这里的颜色几乎可以满足国家电视标准委员会色域标准的要求。
总而言之，这两项工作都报告了透过分子工程和组件工程在开发深蓝色TSF OLED的同时，同时提高了效率和寿命的重要进展。两者的主要概念都是透过利用窄带宽MR-TADF发光体来降低TSF组件备中敏化剂或主体的激子能量。 从他们的工作中学到的经验必将鼓励不断改进深蓝色OLED的性能。
尽管如此，挑战依然存在。只有TADF敏化剂和终端发光体的二元而非三元TSF系统值得研究6，以简化组件制造过程并降低组件工作电压。此外，为了满足BT2020的需求，需要用于高分辨率4K / 8K显示器的新色域标准，需要蓝移发射，其CIE坐标为（0.131，0.046）。这就需要进一步开发稳定的主体和与蓝色终端发光体兼容的敏化剂。最近，已经报导了具有快速RISC的深蓝色敏化剂，可以在MR-TADF发射器的蓝色峰值在460 nm的情况下改善TSF OLED中的器件性能（参考文献9）。通过结合上述减少激子能量的概念，这可以为进一步突破提供起点。最后并非最不重要的一点是，除了操纵光物理过程外，减少引起的化学劣化对于解决稳定性问题也是必不可少的10。可以预期的是，有机材料的键解离能和激子能的管理将为商用的稳健深蓝色组件提供一条途径。
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参考资料： |
Dongdong Zhang & Lian Duan, “TADF sensitization targets deep-blue,”
Nature Photonics volume
15, 173–174(2021)
https://doi.org/10.1038/s41566-021-00765-3
DOI: s41566-021-00765-3
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参考文献： |
1. Wang, D., Cheng, C., Tsuboi, T. & Zhang, Q.
CCS Chem. 2, 1278–1296 (2020).
2. Cui, L.-S. et al.
Nat. Photon. 14, 636–642 (2020).
3. Wada, Y., Nakagawa, H., Matsumoto, S., Wakisaka, Y. & Kaji, H.
Nat. Photon. 14, 643–649 (2020).
4. Chan, C.-Y. et al.
Nat. Photon. https://doi.org/10.1038/s41566-020-00745-z (2021).
5. Jeon, S. O. et al. Nat. Photon. https://doi.org/10.1038/s41566-021-00763-5 (2021).
6. Zhang, D. et al.
Adv. Mater. 26, 5050–5055 (2014).
7. Nakanotani, H. et al. Nat. Commun. 5, 4016 (2014).
8. Kondo, Y. et al. Nat. Photon.
13, 678–682 (2019).
9. Zhang, D. et al. Adv. Mater.
32, 1908355 (2020).
10. Wang, R. et al. Chem. Mater.
30, 8771–8781 (2018).
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