與有機(jī)光電為伴
——記武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院副教授謝國(guó)華

本刊記者 劉婉茹

與有機(jī)光電為伴
——記武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院副教授謝國(guó)華

本刊記者 劉婉茹

2016年5月，德國(guó)達(dá)姆施塔特——全球領(lǐng)先的科技公司默克集團(tuán)在“2016 SID顯示周（SID Display Week 2016）”上展示一系列面向未來(lái)應(yīng)用的材料。有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）材料赫然在列，這些材料以“完美像素（The Perfect Pixel）”為口號(hào)，可提高顯示器的分辨率、增強(qiáng)對(duì)比度、提高能效、增強(qiáng)色彩強(qiáng)度，并有助于降低制造成本。OLED已悄然成為現(xiàn)代智能手機(jī)和智能手表等可穿戴設(shè)備必不可少的一部分。正在開(kāi)發(fā)中的透明和可彎曲OLED顯示器展示了其未來(lái)潛力。謝國(guó)華在科研之路上把握住的，便是這炙手可熱的有機(jī)光電材料和器件。

初識(shí)有機(jī)光電

謝國(guó)華，武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院副教授，有機(jī)/高分子光電功能材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員。采訪開(kāi)始時(shí)謝國(guó)華剛從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)，談起有機(jī)光電材料和器件研究，謝國(guó)華如談起陪伴自己多年的老友，一路走來(lái)相識(shí)相知，有太多的故事和情懷。

OLED作為繼LCD（液晶顯示器）、LED之后新一代的平板顯示技術(shù)，科技含量高、應(yīng)用領(lǐng)域廣、發(fā)展前景好、有著巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，成為世界各國(guó)競(jìng)相扶持、發(fā)展的新型顯示器件，我國(guó)也將其相關(guān)的光電材料作為重點(diǎn)扶持新型節(jié)能材料。歷經(jīng)近三十年的快速發(fā)展，OLED已經(jīng)逐步完成從單純的基礎(chǔ)研究到大力開(kāi)發(fā)產(chǎn)品新階段的轉(zhuǎn)變。OLED具有低工作電壓、高亮度、高效率、高對(duì)比度、厚度薄、重量輕、可視視角寬、工作溫度范圍寬、工藝簡(jiǎn)單、可制作在柔性襯底上等諸多優(yōu)點(diǎn)，在新一代的顯示和照明產(chǎn)品上有著廣泛的應(yīng)用前景。謝國(guó)華的科研之路便從有機(jī)光電開(kāi)始，我國(guó)第一款QVGA格式有機(jī)發(fā)光微顯示原型樣機(jī)的研發(fā)工作便留下了他的足跡。

21世紀(jì)初，我國(guó)有機(jī)微顯示器各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展亟待提高，面對(duì)社會(huì)發(fā)展對(duì)新一代具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)顯示器件的迫切需求，如何加緊研究步伐克服現(xiàn)有技術(shù)難題受到各界專(zhuān)業(yè)人士重視。OLED的工作電壓與常規(guī)CMOS電路的工作電壓不匹配也一度成為影響科研順利進(jìn)展的難題之一。

常規(guī)高速CMOS電路最大只能提供小于5V的驅(qū)動(dòng)電壓，而一般的OLED一般在5V以上才會(huì)有明亮的發(fā)光，那么，即使CMOS電路達(dá)到最大輸出電壓時(shí)也難以使OLED發(fā)射足夠的的光子達(dá)到閱讀所需的一般亮度（比如100～200cd/ m2）。因此，OLED的工作電壓與CMOS電路的工作電壓不匹配成為有源顯示技術(shù)與硅基高速電子電路集成的主要限制因素。當(dāng)時(shí)，還在攻讀微電子學(xué)與固體電子學(xué)碩士學(xué)位的謝國(guó)華對(duì)此問(wèn)題充滿興趣，并加入國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“硅上有機(jī)發(fā)光微顯示及其物理研究”的課題攻關(guān)。作為課題后期工作主要完成人之一，謝國(guó)華及其同事從改善有機(jī)電致發(fā)光器件的性能以滿足實(shí)用化需求的角度出發(fā)，嘗試用有機(jī)半導(dǎo)體電學(xué)摻雜技術(shù)克服OLED和CMOS電路工作電壓不匹配的難題，成功研制了我國(guó)第一款有機(jī)發(fā)光微顯示原型樣機(jī)。

“在合作中學(xué)習(xí)，在交流中進(jìn)步”，科研工作從來(lái)都不是閉門(mén)造車(chē)的事情，謝國(guó)華非常重視學(xué)科交流磨合后所迸發(fā)出來(lái)的火花。在研究低驅(qū)動(dòng)電壓和高發(fā)光效率的有機(jī)電致發(fā)光與中小尺寸有源顯示襯底的集成技術(shù)中，謝國(guó)華還與韓國(guó)首爾大學(xué)Prof.Seung-Ki Joo課題組共同研制了基于p-溝道低溫多晶硅襯底的底發(fā)射型有源顯示OLED（2英寸對(duì)角線），該項(xiàng)研究成果幾乎可以直接應(yīng)用到我們每天接觸到的手機(jī)顯示屏上。

人需要在競(jìng)爭(zhēng)中求生存，更要學(xué)會(huì)奮斗。博士畢業(yè)后，在德國(guó)著名有機(jī)光電研究領(lǐng)域頂尖大牛Karl Leo教授的支持下，謝國(guó)華成功爭(zhēng)取到德國(guó)洪堡基金會(huì)的資助，同時(shí)在弗勞恩霍夫有機(jī)材料和器件中心和德雷斯頓工業(yè)大學(xué)應(yīng)用光物理研究所開(kāi)展OLED的穩(wěn)定性研究工作。通過(guò)研究有機(jī)電致發(fā)光材料和器件的熱學(xué)穩(wěn)定性，謝國(guó)華成功開(kāi)發(fā)出了可在100℃環(huán)境溫度下工作的頂部發(fā)射型OLED。

在德國(guó)期間，謝國(guó)華的另一項(xiàng)標(biāo)志性工作則是有機(jī)電學(xué)摻雜技術(shù)研究。在吉林大學(xué)本科學(xué)習(xí)的半導(dǎo)體物理專(zhuān)業(yè)課知識(shí)再次讓謝國(guó)華受益，扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)使謝國(guó)華了解到有機(jī)半導(dǎo)體和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的相通性，電學(xué)摻雜這項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)在半導(dǎo)體中適當(dāng)?shù)匾牒线m的施主或者受主雜質(zhì)，就可以分別實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的N型和P型摻雜，從而使半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)向傳輸態(tài)移動(dòng)，提高電荷的傳輸能力，降低工作電壓。基于有機(jī)-有機(jī)、有機(jī)-無(wú)機(jī)混合電學(xué)摻雜技術(shù)，謝國(guó)華首次實(shí)現(xiàn)了基于有機(jī)隧穿結(jié)的P-I-N-P型頂發(fā)射OLED，其在1000cd/m2亮度下的壽命達(dá)到超長(zhǎng)的50萬(wàn)小時(shí)，也就是說(shuō)這類(lèi)器件理論上可以穩(wěn)定地工作50年。

專(zhuān)注有機(jī)光電

“國(guó)外科研氛圍很好，有很強(qiáng)的專(zhuān)注精神”。2013年，謝國(guó)華加入英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)物理和天文系有機(jī)半導(dǎo)體中心，從事有機(jī)發(fā)光器件的光相干特性研究，嘗試尋找治療皮膚癌的新思路。

艾默生曾說(shuō)過(guò)，凡事欲其成功，必要付出代價(jià)是奮斗。在異國(guó)他鄉(xiāng)，除高壓科研工作內(nèi)容外，還要對(duì)抗艱苦環(huán)境、水土不服、言語(yǔ)溝通等一系列問(wèn)題，“從無(wú)到有，測(cè)試平臺(tái)的每一個(gè)部件都是自己購(gòu)買(mǎi)，自己搭建；單獨(dú)屬于自己的測(cè)試光相干特性實(shí)驗(yàn)室空調(diào)不好，衣服幾乎每天都是濕漉漉的；而且為了更準(zhǔn)確地探測(cè)光的相干特性，大部分時(shí)間都是在暗室中工作，時(shí)間長(zhǎng)了眼睛很難受”，和很多科研工作者一樣，相比奮斗日子里艱難困苦，他更感謝逆境里自我的快速成長(zhǎng)。

多學(xué)科協(xié)同展開(kāi)合作為謝國(guó)華的科研課題提供了強(qiáng)大支持，通過(guò)對(duì)微電子、光電子、物理、材料、化學(xué)等多學(xué)科入手，謝國(guó)華在與英國(guó)工程與自然科學(xué)研究委員會(huì)的資助的大型多方合作研究中，成功搭建了世界上第一套探測(cè)有機(jī)發(fā)光器件空間相干長(zhǎng)度的系統(tǒng)，并首次探測(cè)到有機(jī)電致發(fā)光器件和有機(jī)激光的空間相干長(zhǎng)度。謝國(guó)華搭建的有機(jī)發(fā)光器件空間相干長(zhǎng)度的系統(tǒng)在研究弱相干光源的相干特性方面發(fā)揮了重要作用，在光通訊與生物醫(yī)療應(yīng)用方面將具有重要的科研價(jià)值和實(shí)用性。例如，相干性好的光可以提高光在生物組織中的穿透能力，可以將柔軟、可穿戴式的有機(jī)相干光源貼敷于皮膚癌變或者色素沉著的地方，使光達(dá)到深層組織，從而提高動(dòng)態(tài)療法的治療效果。

在國(guó)外多年，謝國(guó)華還身兼多個(gè)學(xué)術(shù)雜志審稿人之職。這些職務(wù)或許增加了他的工作量，但能夠在第一時(shí)間接觸到學(xué)術(shù)界最新科技動(dòng)向，掌握最新的科研成果，在他看來(lái)已經(jīng)是值得了。

這種開(kāi)闊的視野也影響了他回國(guó)后的科研和教學(xué)工作。到武漢大學(xué)任職后，他發(fā)現(xiàn)，相比往昔，我國(guó)有機(jī)光電發(fā)展已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但與國(guó)外相比還有待提高。此時(shí)，加強(qiáng)學(xué)科交融、合作創(chuàng)新才是進(jìn)步之根本。謝國(guó)華對(duì)此深信不疑，并身體力行走在合作的道路中，早期與南京郵電大學(xué)黃維教授課題組、黑龍江大學(xué)許輝教授課題組共同開(kāi)發(fā)了非摻雜性深藍(lán)光OLED和基于膦氧主體的高效藍(lán)光和白光磷光OLED,這些工作一經(jīng)報(bào)道，馬上受到關(guān)注，引用率很高。這對(duì)謝國(guó)華來(lái)說(shuō)，也是一次突破，他希望能進(jìn)一步拓展有機(jī)光電領(lǐng)域相關(guān)研究，也感激武漢大學(xué)為他提供了一個(gè)好的平臺(tái)能夠繼續(xù)施展自己的才華，與其他學(xué)科的同事開(kāi)展交叉學(xué)科研究。

而作為一位師者，謝國(guó)華也將自己多年的心得融入到傳道授業(yè)過(guò)程中。他喜歡將學(xué)生們“關(guān)”到實(shí)驗(yàn)室里，讓他們?cè)谝痪€上通過(guò)直觀操作迅速掌握實(shí)驗(yàn)技能。“實(shí)踐是最好的老師”，謝國(guó)華說(shuō)。但他也很重視能在“教”與“學(xué)”的過(guò)程中及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量。“理論武裝也是很重要的”，謝國(guó)華認(rèn)為，科研立足于理論，服務(wù)于實(shí)踐，他會(huì)反復(fù)叮囑學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作之余要有選擇性地看文獻(xiàn)書(shū)籍，通過(guò)學(xué)習(xí)和總結(jié)別人的經(jīng)驗(yàn)成果，使自己的思路更加開(kāi)闊。

成功，是選擇后的堅(jiān)持。謝國(guó)華這樣教導(dǎo)學(xué)生，也告誡自己。談及未來(lái)發(fā)展，他依然對(duì)機(jī)光電材料和器件“一往情深”，并表示，“希望在有機(jī)光電材料和器件領(lǐng)域更加深入地開(kāi)展有特色的多科學(xué)交叉研究”。