分子玻璃用于5G电光调制解调器核心材料：王家海教授团队在国际知名期刊Advanced Science发表最新成果

近日，化学化工学院王家海教授团队在交联性非线性光学分子发射团取得新的进展。刘锋钢副教授设计了全新的交联性分子玻璃，具备卓越的性能，研究成果发表在国际知名期刊Advanced Science，刘锋钢副教授和王家海教授为共同通讯作者。

01研究背景

当前，随着云计算、5G通信、高清网络视频、太赫兹场、人工智能/机器学习和物联网等技术的快速发展，对信息的需求正在快速增长，没有任何放缓。随着现有服务的快速发展和新型服务的出现，世界互联网数据流量出现了爆炸式增长。在诸如数据中心网络之类的中短距离通信网络中存在对超大容量光纤通信的需求。对于中短距离光通信系统，如何在光电子器件带宽有限的系统中实现超高速（单波长400Gb s−1以上）信号传输已成为业界的热点问题。为了解决这一问题，研究低成本的单通道、高频谱效率的光通信系统具有重要意义。

决定光通信技术应用的关键因素之一是制备高效稳定的二元交联/自组装有机非线性光学分子玻璃，即高性能有机电光材料（二阶非线性光学材料）的制备。早期对二阶非线性光学材料的研究主要是铌酸锂（LiNbO3）等无机晶体材料。这种类型的材料本身有一系列难以克服的缺点，如电光系数低、晶体生长和加工困难、介电常数高、对输入光波信号干扰强。经过多年的发展，有机电光材料的优势越来越明显。有机非线性光学材料具有电光系数高、响应速度快、可加工性和集成性好等优点，广泛应用于电光调制器、光通信、光信息存储、太赫兹等领域

02研究内容

开发了蒽-马来酰亚胺Diels–Alder（DA）反应以及蒽-五氟苯和苯-五氟苯基的π–π相互作用，以制备高效的二元可交联/自组装树枝状发色团FZL1-FZL4。电场极化取向后，DA反应或π–π相互作用形成共价或非共价交联网络，极大地提高了材料的长期取向稳定性。交联膜FZL1/FZL2的电光系数高达266 pm V−1，玻璃化转变温度高达178°C，自组装膜FZL1/FZL4和FZL3/FZL4由于发色团密度高（3.09–4.02×1020分子cm−3）而达到272–308 pm V−1。长期取向稳定性测试表明，在85°C下加热超过500小时后，极化交联电光膜1:1 FZL1/FZSL2保持了99.73%的初始r33值。极化自组装电光膜1:1 FZL1/FZL4和1:1 FZL3/FZL4在室温下放置500小时后，仍能分别保持原电光系数的97.11%和98.23%以上。该材料优异的电光系数和稳定性表明了有机电光材料的实际应用前景。

03研究相关

硕士研究生张恋本文的第一作者，刘锋钢副教授和王家海教授为共同通讯作者，广州大学为第一单位。王家海，广州大学化学化工学院教授。团队研究方向包括能源催化材料、锂电池、生物化学传感器、纳米孔单分子计数器和5G通讯。代表性成果发表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 、Nano-Micro Letter 、Nano Energy等国际知名期刊。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202304229