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發行人：黃建璋所長 編輯委員：曾雪峰教授 主編：林筱文 發行日期：2021.05.30 |
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本所劉致為教授榮獲「2021年潘文淵文教基金會研究傑出獎」，特此恭賀！
本所吳志毅教授、周昂昇博士生研究團隊研究成果於5月14日（臺灣時間）登上國際頂尖期刊《自然》（Nature），特此恭賀！
相關報導網頁連結：
https://www.ntu.edu.tw/spotlight/2021/1949_20210514.html
Nature期刊連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9
本所吳育任、吳肇欣教授參加電資聯隊，榮獲「臺灣大學工學院、電資學院、法律學院暨理學院110年教職員工羽球聯誼賽」亞軍，特此恭賀！
本所6月份演講公告：
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講者 |
講題 |
地點 |
時間 |
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6/11 |
瑞鼎科技股份有限公司 |
待訂 |
博理館
101演講廳 |
14:20~16:00 |
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6/18 |
薛六同心理師
臺灣大學心輔中心 |
待訂 |
博理館
101演講廳 |
14:20~16:00 |
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～ 光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練 ～
（時間：110年4月26日，上午11:10~11:40）
撰文：陳姿妤
演練地點：電機一館103室。
演練內容：
本次演練主要目的為使人員在實驗室意外災害事故發生時各司其責，採取正確而有效方式控制災害，並落實實驗室人員具備緊急逃生之觀念與方式，以提高緊急狀況時的應變能力。
上午11:10於電機一館103實驗室，假設學生進行實驗時，發生火災意外，學生進行初步滅火後，緊急通報所辦公室人員，並進行全館廣播人員疏散。本所人員接獲通報後，即刻聯繫館舍系辦人員協助疏散支援；現場啟動緊急分組編派人員協助：於出口引導疏散人員儘速遠離館舍、協助火勢控制、設置人員禁止進入標示、設置救護站協助受傷同學、於集合區清點確認疏散人員名單。所辦人員同時持續緊急聯繫實驗室負責教師（王倫教授）、所長（黃建璋教授）及本所環安衛委員（李翔傑教授）前往電機一館出口廣場前集合；由所長、環安衛委員掌握現場狀況並進行指揮調度，確核實驗室全部人員疏散完畢，順利完成此次疏散演練。
此次疏散演練加強了大家在意外發生時，能即時進行緊急通報及疏散的觀念。感謝教師、同仁及同學們的全力配合。
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圖一、事發實驗室發生意外災害同學進行初步滅火 |
圖二、事發實驗室同學立即打手機通報所辦 |
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圖三、所辦人員接獲實驗室通報，即刻通知電機系系辦人員及相關人員協助 |
圖四、電機系系辦人員協助進行館舍全館廣播 |
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圖五、事發實驗室同學敲門告知附近實驗室人員疏散 |
圖六、引導人員疏散至1樓出口廣場 |
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圖七、設置人員禁止進入標示 |
圖八、設置救護站，協助受傷同學救護 |
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圖九、事發實驗室同學向環安衛教師報告事發經過，並向總指揮主管報告。 |
圖十、 人員疏散至門口集合區，並進行人數清點 |
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圖十一、 演練結束後，館舍管理人進行滅火器操作宣導 |
圖十二、 演練學生練習操作滅火器 |
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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
臺灣大學光電所 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
臺灣大學光電所 吳育任教授
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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論文題目：以拉曼光譜探究共軛高分子聚集行為
姓名：藍鈺邴
指導教授：吳志毅教授、王俊凱教授（臺大凝態中心/中研院原分所）
| 摘要 |
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共軛聚合物因其在軟性電子產品中的潛在應用而備受關注。然而，光電性能對功能分子的堆疊結構敏感。探測聚合物堆疊晶格常數依賴X射線繞射，但是其無法解開晶格內結構細節。晚近使用光吸收和光致發光來探查共軛聚合物的聚集行為，未能進一步提供結構信息。本研究使用拉曼光譜通過振動特徵探測聚合物結構，研究典範共軛高分子P3HT和複雜的低能隙高分子PBCN4在降溫o-DCB中的聚集行為。
兩種高分子測得的拉曼光譜在很小的溫度範圍內表現出劇烈變化（光譜變窄和移動），對應於從孤立的無序狀態到有序聚集狀態的轉變。這種相變類型的行為已通過多尺度分子動力學模擬得到證實。在第一原理計算的幫助下，歸因了振動信號來源並確定堆疊組態的結構細節。這兩個成功的演示表明，拉曼光譜是揭密共軛聚合物聚集行為的強大工具，可應用於其他有機和生物系統。
圖一說明：
為了適當地比較拉曼光譜應用於探測共軛高分子聚集行為與領域中慣常使用的光致螢光
（PL）與光吸收
（UV-Vis absorption）方法的優劣，最好同時量測拉曼、螢光與吸收於相同狀態、相同位置的樣品。因此我架設了這三種光譜光路，可同時、原位（in-situ）觀察位於顯微鏡下隨製程條件
（例如：將溶液降溫
）演進的樣品。
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圖一、(a) 785 nm拉曼光譜及532 nm激發光致螢光光譜光路。(b)光吸收光譜光路。 |
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圖二、比較三種模擬的P3HT堆疊組態—planar, torsional以及tilted—所具有的拉曼光譜特徵與實驗量測的光譜。 |
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資料提供：影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology
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整理：林晃巖教授、卓真禾 —
TADF敏化目標為深藍色
高效且長壽命的深藍色有機發光二極體（OLED）的開發，仍然是有機電子研究界的“聖杯”。對於具有改進的色域和亮度之下一代顯示器來說，的確需要這樣的元件。然而，這是一個具有挑戰性的目標，因為許多藍色有機材料會發生分子鍵解離，這又會導致通電操作下的元件性能下降1。
特別地，藍色有機發光體的穩定性，已知基本上受激發態（激子exciton）的時間動態和分子鍵的相對強度的影響。具有穩定的共價鍵和快速衰減的輻射單重態激子（S1）的純有機常規螢光摻雜劑可以具有穩定的電致發光。但是，由於它們不回收非輻射三重態（T1）激子，因此嚴重限制了螢光OLED的效率。相比之下，可以回收T1激子的磷光摻雜劑效率高，但其激子衰減過程較慢，並且還具有配位鍵相對較弱的金屬錯合物。這兩個因素都會損害元件的穩定性。
結果，當今的商用OLED面板仍然傾向於依靠效率較低的藍色螢光發光體來獲得所需的元件穩定性。為了解決藍色效率低的問題，OLED顯示器中已經採用了各種獨特的像素補救措施，例如，藍色像素大於紅色和綠色像素。
具有熱激活延遲螢光（TADF）的純有機發光體，提供了一種解決上述問題的潛在方法，並且近年來已成為引起極大興趣的研究主題。從熱力學角度來看，合理的設計可以使純有機TADF發光體僅帶有共價鍵，其鍵解離能比磷光體中的配位鍵大。
同樣，與具有相同發射光譜的T1發射磷光發光體相比，S1發射TADF發光體應始終具有相對較低的T1能量。從動力學的角度來看，精心設計的TADF發光體的分子結構可以具有超過107 s–1的反向系統間交叉（kRISC）速率，比最新的磷光發光體的輻射衰減速率快一個數量級2,3。所有這些參數將有利於抑制TADF發光體在電激發下的鍵斷裂反應，從而提高元件的工作穩定性。對天藍色TADF元件使用壽命的初步研究令人鼓舞，但隨後深藍色TADF元件的開發卻進展緩慢。深藍色元件不僅需要高能發光體，而且還需要高能宿主和傳輸層。此外，深藍色TADF發光體的較低kRISCs也會引起大量非期望的激子消滅，進一步加劇了這種情況。
現在，在《自然光子學》中，日本和韓國的兩個獨立研究小組報告了高效且穩定的深藍色OLED4,5。兩種設計都利用TADF敏化螢光（TADF-sensitized-fluorescence, TSF）機制（也稱為超螢光hyperfluorescence），其中TADF材料用作敏化劑來收集三重態激子，然後透過Förster能量轉移（FRET）將單重態激子轉移到末端螢光發光體6,7。
遠程FRET交互作用通常具有很高的摻雜劑濃度相依的能量傳輸速率值，其值為108–1011 s–1，這使得能夠快速消耗三重態激子來抑制TSF系統中的激子消滅。為了防止放熱的逆向能量轉移，儘管由於高能激子的形成會對元件的穩定性有害，但主體和TADF敏化劑比深藍色終端發光體的能量高被認為是必須的。而如何克服這個問題是相當困難的。
本期4,5中報導的兩個最新發現為如何正確配對深藍色TSF元件中的主體，敏化劑和終端發光體的三元系統提供了新思路，以實現穩定的電致發光。
值得注意的是，兩項工作均使用v-DABNA作為終端發光體，最近由Hatakeyama及其同事報導作為多共振（multiple resonance, MR）TADF摻雜劑8。v-DABNA具有剛性稠環和非鍵合分子軌道，可將振動耦合極小化，已顯示出前所未有的窄頻寬電致發光，其半高全寬（FWHM）約為18 nm。
從技術而言，窄發射頻寬是優選的，因為它會產生更純淨的發射顏色。有利地，v-DABNA發射深藍色窄發射頻寬，發射峰值為475 nm。此外，由於其單重態-三重態的能隙（ΔEST）小，v-DABNA還可以回收T1激子，消除激子損耗並提高元件效率。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元件中選擇具有較小相對能量的合適主體和敏化劑，以克服元件的工作穩定性問題而不犧牲其效率。
Chan等人的創新是為了將能量從電激發的天藍色敏化劑放熱轉移到v-DABNA的激發態，從而產生深藍色發光4。這種能量轉移方法基於兩個假設：首先，TADF敏化劑的電荷轉移激發態將始終導致能態分布變廣。其次，v-DABNA的小斯托克斯位移確保有效的受體吸收-供體發射光譜，與更加紅移發射峰的敏化劑重疊（圖1a）。
基於先前報導的穩定的咔唑/氰基（CN）原型，開發了雜給體型TADF化合物HDT-1，其在CN組的對位帶有龐大的間-三聯苯單元，從而產生了天藍色發射峰在485 nm處達到峰值，高光量子產率超過90％，kRISC的快速變化接近106 s-1。在mCBP、HDT-1和
v-DABNA的三元摻雜膜中，FRET效率估計為64%。最終的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坐標（0.15，0.20），發射FWHM為18 nm和元件壽命（LT95）為11小時。
相反地，Jeon等人專注於降低主體的T1能量以提供穩定的深藍色TSF元件5。 提出了一種優雅的三重態激子分佈（TED）元件概念（如圖1b所示），其所選主體的T1能量低於敏化劑的T1能量以提高元件穩定性，但高於v-DABNA的能量保持高效率。開發了兩種新的TADF敏化劑PPCzTrz和PCzTrz，在TED元件中，主要的能量傳遞方式仍然是從這些敏化劑到v-DABNA的敏化過程，以實現快速激子發射衰變。基於PPCzTrz和PCzTrz的OLED的最大EQE為33.0±0.3％和33.5±0.1％，CIE坐標為（0.13，0.17）和（0.14，0.23），LT50分別為151±3h和112±3h（初始亮度為1,000 cd m–2）。
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圖1、光物理特性和發射機制的比較。（a）比較Chan等人的作品4（b）Jeon等人作品的比較5。插圖顯示了敏化劑（HDT-1和PPCzTrz）的化學結構。該圖經過改編並獲得了（a）參考文獻4 Springer Nature Ltd和（b）參考文獻5 Springer Nature Ltd中的數據引用允許。 |
兩個團隊還實施了元件工程，以進一步提高元件性能。在Chan等人的工作中，使用兩單元堆疊的串聯結構使1,000 cd m–2的EQE達到32％，改進的LT95為18小時，幾乎是單一單元設備的兩倍。觀察到較小的CIEy值為0.16，這可能是由於串聯元件中的微腔較弱。在Jeon等人的工作中，頂部發光元件的初始亮度為29.3±0.9％和34.4±0.9％，CIEy值分別為0.09和LT50的分別為7,400±240 h和6,100±100 h。分別使用PPCzTrz和PCzTrz敏化劑的100 cd m–2。這裡的顏色幾乎可以滿足國家電視標準委員會色域標準的要求。
總而言之，這兩項工作都報告了透過分子工程和元件工程在開發深藍色TSF OLED的同時，同時提高了效率和壽命的重要進展。兩者的主要概念都是透過利用窄帶寬MR-TADF發光體來降低TSF元件備中敏化劑或主體的激子能量。 從他們的工作中學到的經驗必將鼓勵不斷改進深藍色OLED的性能。
儘管如此，挑戰依然存在。只有TADF敏化劑和終端發光體的二元而非三元TSF系統值得研究6，以簡化元件製造過程並降低元件工作電壓。此外，為了滿足BT2020的需求，需要用於高解析度4K / 8K顯示器的新色域標準，需要藍移發射，其CIE坐標為（0.131，0.046）。這就需要進一步開發穩定的主體和與藍色終端發光體兼容的敏化劑。最近，已經報導了具有快速RISC的深藍色敏化劑，可以在MR-TADF發射器的藍色峰值在460 nm的情況下改善TSF OLED中的器件性能（參考文獻9）。通過結合上述減少激子能量的概念，這可以為進一步突破提供起點。最後並非最不重要的一點是，除了操縱光物理過程外，減少引起的化學劣化對於解決穩定性問題也是必不可少的10。可以預期的是，有機材料的鍵解離能和激子能的管理將為商用的穩健深藍色元件提供一條途徑。
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參考資料： |
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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參考文獻： |
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.
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7. Nakanotani, H. et al. Nat. Commun. 5, 4016 (2014).
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32, 1908355 (2020).
10. Wang, R. et al. Chem. Mater.
30, 8771–8781 (2018).
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