与客户同行 | 燕山大学许凯课题组：在离子与电子之间，寻找有机电子器件的下一种可能

燕山大学材料科学与工程学院副教授、高分子材料系主任许凯，长期围绕有机/聚合物半导体材料，致力于材料加工、薄膜聚集态调控、器件机理及性能等问题研究。2020 年入职燕山大学后，他依托亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，继续推进导电聚合物及有机电子器件相关研究，探索其在柔性传感、低电压信号转换和集成化器件中的应用可能。

“我们关注的核心问题，是离子和电子如何在导电聚合物中传递，以及二者之间如何耦合。"许凯介绍，沿着这一思路，课题组将研究延伸到有机电化学晶体管（OECT）。这类器件能够利用离子-电子耦合，在较低工作电压下实现信号调控和转换，因而在代谢传感、生物传感、柔性贴片式监测等方向具有潜在应用价值。

许凯老师（第一排左二）与同学的合影

许凯与有机电子器件方向的联系始于博士阶段。早期，他关注OLED等有机电子器件，也见证了相关技术从实验室研究逐步走向产业化。后来在国外科研经历中，他接触到导电聚合物掺杂、离子掺杂以及有机电化学晶体管等方向，并逐渐意识到，这类体系既有丰富的基础科学问题，也有清晰的应用前景。

“这是一个渐进的过程。"许凯说，导电聚合物掺杂，过去常采用小分子掺杂方式，但这类方法往往难以定量。电化学过程则可以通过电信号调控掺杂程度，让研究者更清楚地分析材料状态和器件行为。

2020年，许凯回国入职燕山大学，继续沿着这一方向推进。一方面研究基本机理，另一方面尝试将其推向更具体的传感应用。今年4月，许凯课题组与合作者，在Science Advances在线发表相关成果，围绕高稳定性双极性有机电化学晶体管中的离子-电子耦合机制展开研究。对他而言，器件性能只是结果，更重要的是理解结果背后的材料变化。

为了让研究真正开展起来，实验室建设是第一步。依托学校启动经费和燕山大学材料学科平台，许凯课题组逐步建立起从器件加工、性能测试到材料表征的一整套条件。蒸镀、旋涂、3D打印、电化学测试、电子顺磁共振波谱仪等设备，为课题组日常研究提供了基础；亚稳材料全国重点实验室的表征平台，也为材料结构分析提供了支撑。

在这些工具中，EPR是理解导电聚合物掺杂过程的重要一环。导电聚合物在掺杂过程中会产生可移动载流子，也可能形成自由基、极化子等活性物种。EPR能帮助研究者判断这些物种是否存在，并对材料状态进行一定程度的半定量分析。

2021年，许凯课题组引入国仪量子台式电子顺磁共振波谱仪，这也是当时燕山大学的第一台EPR设备。

国仪量子台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M

近五年使用下来，这台设备给许凯留下的最直接印象是稳定。“这几年设备本身没有出过什么问题，整体稳定性还是挺好的。"他说。对于课题组而言，稳定意味着实验安排更可控，也意味着学生可以把EPR当作日常研究工具。

性能方面，这台EPR能够满足课题组对导电聚合物薄膜等样品的测试需求，帮助他们观察掺杂过程中的关键物种。台式设备的便利性也让测试更贴近实验节奏，样品做好后，学生可以及时测试，不必频繁排队等待。

许凯也提到，国仪量子的技术支持响应较快。无论是粉末、液体等不同样品类型的测试沟通，还是液氮功能等操作细节，工程师都能通过沟通群及时协助。“相对来说还是比较省心的。"他说。

从学界到产业界，导电聚合物的价值正在被重新认识。它早已不只是“能导电的有机材料"，而是逐渐成为连接电子、离子以及生物/化学信号的重要材料平台, 这也正是许凯课题组持续关注的问题。

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