近日，天游化学化工学院青年教师刘锋钢，在5G通讯材料领域取得重要进展。相关成果发表于英国皇家化学会旗舰刊物Chemical Science，所研究的有机电光材料具备实用化的前景。

图1二元交联材料极化和器件制作示意图

1 研究背景

近年来，人们在居住、工作、休闲和交通等各种不同场景的多样化业务需求推动着新一轮的光子革命。其中，以5G无线通讯为主，对于信息高速传输的需求已经渗透到大数据、机器学习、远程医疗及自动驾驶等领域，使信息突破时空限制进行智能互联。而光子作为载体的信息处理传输材料可以很好的解决传输速率慢的问题，因此制备出高速、低耗能和易于工业化生产的电光材料，从而实现高速率的数据中心光互连，成为学术界和工业界亟待解决的关键问题。

在传统的商业化电光材料的研究中，主要是以无机材料铌酸锂作为代表。传统铌酸锂材料所制成的电光调制器的信号质量、带宽、半波电压、插入损耗等关键性能参数的提升逐渐遭遇瓶颈，电光系数低，晶体生长、加工困难、体积庞大且与CMOS工艺不兼容等。与无机材料和电子为载体的微电子材料相比，光子为载体的有机二阶非线性电光材料具有电光系数高、光学损伤阈值高、响应速度快、制备过程更易于生产，具有良好的热稳定性、成本低以及选择范围广等优点，并能易与半导体微电子器件实现集成，故而有很大的应用前景。而有机非线性光学材料运用到商业化的电光调制器等领域也面临着技术瓶颈（难以满足Telecordia GR-468-CORE standards标准），如何获得兼具大的电光系数（r₃₃值）、光热稳定性、极化取向稳定性的有机电光发色团仍然是行业的难点。

图2电光材料QLD1-QLD4的分子结构

2 研究内容

针对这一难点，刘锋钢博士首次提出了二元交联材料的解决方案：将可以交联的蒽和丙烯酸酯基团修饰到发色团QLD1-QLD4的电子给体和电子桥上，发色团在电场的作用下发色极化取向，温度进一步升高，交联反应发生，以网状聚合物的形式固定住已经取向的发色团分子，光热稳定性大幅提升。此外，由于没有小分子/聚合物交联剂的存在，发色团含量高达100wt%,电光系数大幅提升。

交联后，QLD1/QLD2和QLD2/QLD4薄膜的电光活性非常高，r₃₃的最大值分别为327pm/V和373 pm/V，这是目前文献报告的最高值。经Diels-Alder反应后，其电光薄膜的玻璃化转变温度从~90°C增加至185°C，这高于任何其他纯发色团膜。在85℃高温下放置500h，电光薄膜QLD1/QLD2仍然可以保持r₃₃初始值的99.63%以上。这些材料具有超高的电光活性和长期极化取向稳定性，为有机电光材料的器件化和商业化提供了可能。

3 相关研究

论文第一作者为硕士生曾紫莹，化学化工学院青年教师刘锋钢和华为技术有限公司刘建华高级工程师为论文的共同通讯作者，天游ty8线路1线路2检测中心为第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然学基金﹑华为技术有限公司横向项目﹑广州市市校（院）联合资助项目等的项目支持。

刘锋钢博士简介：刘锋钢博士长期致力于有机电光材料的研究，2017年入职广大加入王家海教授团队，以一作/通讯作者身份，在知名国际期刊发表SCI论文30余篇，他引1500余次，H指数24。主持了国家自然科学基金、华为技术有限公司横向以及广州市科技计划等近400万元经费的项目。

论文来源

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