有机半导体因其优异的柔性、溶液可加工性和可调控的光电性能，在柔性电子、可穿戴设备和下一代光电磁器件中展现出巨大应用潜力。如何有效提升其电荷输运效率，是推动器件性能跃升的关键所在。近期，上海交通大学刘烽教授和华南理工大学钟文楷副教授联合发表综述文章，系统总结了有机半导体薄膜中纳米纤维（nanofibril）结构的形成机制、性能优势与器件应用前景，提出构建有序纳米纤维网络将成为高性能有机电子器件的重要发展方向。

图1. (a) 示意图展示了聚合物链刚性与持久长度（l_p）和轮廓长度（L_c）的关系，其中共轭聚合物通常处于半柔性状态。(b) 示意图展示了P3HT从溶解链向纳米棒再到纳米纤维的转变过程，随着溶液温度降低而发生。(c) 冷冻干燥不同浓度溶液后获得的聚合物组装体的AFM高度图和TEM图像，附带示意图描绘了随浓度增加组装结构的演变过程。

本文要点

首先，深入剖析了纳米纤维结构的形成基础。在π共轭高分子与小分子中，主链刚性与侧链结构决定了其在溶液中的预组装形态。当聚合物骨架具有足够刚性时，其链段易沿长轴方向规整排列，形成高纵横比的纤维状晶体。此外，溶剂质量、冷却-加热过程、浓度变化等工艺参数也可诱导纤维自组装。例如，在适当的溶剂系统中通过温度诱导可形成高度结晶的1D纳米纤维，在薄膜中进一步发展成2D网状结构。对于共轭小分子体系，如PDI及Y6类非富勒烯受体，其刚性芳香骨架通过π–π堆叠也可驱动自组装成规整的纤维形貌。文章还系统归纳了多种分子设计策略（如末端取代、共轭主链工程）与工艺路径（如溶剂挥发、溶剂-蒸汽辅助成膜）在纤维构建中的协同作用机制。

其次，论文系统总结了纳米纤维网络对有机电子器件性能的关键影响。纤维状结构提供了长程连续的电荷输运通道，显著提升了器件性能。文章详细回顾了在多种有机半导体器件中的应用案例：（1）OFETs（有机场效应晶体管）中，通过调控前驱体溶液聚集状态、剪切成膜、基底图案化等手段，可获得定向排列的纤维网络，实现电荷迁移率提升至23.7 cm²·V⁻¹·s⁻¹，远高于传统无序膜。（2）OPVs（有机光伏器件）中，纤维结构有利于激子扩散、载流子分离与输运，双纤维结构（供体与受体共同成纤）更进一步优化混合相区的能级结构，实现PCE突破19%。（3）OPDs（有机光电探测器）中，纤维网络提升了光生电流响应，同时降低暗电流密度，提升了器件在近红外区域的探测性能。特别是在极化光探测中，方向性拉伸形成的规则纤维排列可实现线偏振与圆偏振响应，为柔性光学成像和智能感知应用打开新窗口。

最后，文章对结构-性能协同与产业转化的未来路径进行了展望。尽管纤维网络已在提升器件性能中发挥显著作用，但其可控构筑、尺度放大和器件集成仍面临诸多挑战。文章指出，未来应着重发展以下方向：（1）结合原位结构表征技术（GIWAXS、AFM-IR等）揭示纤维网络与无定形区的协同输运机制；（2）探索固态添加剂、溶剂工程与三元掺杂策略调控纤维成核与组装行为；（3）构建多尺度纤维网络-混合相体系的电子结构模型，实现从材料设计到器件功能的系统优化；（4）推动可规模化、环保的加工工艺转化，如柔性印刷、喷涂与溶液剪切，促进其在柔性光伏、可穿戴电子、智能传感等方向的工程落地。作者强调，纳米纤维不仅是一种形貌，更是实现高性能有机半导体材料与器件设计的核心“结构单元” ；对其的精确调控，是连接分子设计、微观相态与宏观器件性能的关键桥梁。

原文信息：

Wenkai Zhong, Siyi Wang, Feng Liu

Unlocking functional potentials: Nanofibril networks in organic semiconductors

Advanced Nanocomposites, 2 (2025) 124–147

https://doi.org/10.1016/j.adna.2025.05.001

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