Cz取代SFX类分子纳晶的可控制备：探究分子结构、外部环境对纳晶形貌的影响及OFET的器件应用

作     者：戎容 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄维;解令海;汪莎莎

授予年度：2019年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：有机纳米晶体 非平面分子 超分子作用 光电性质 水溶液加工 

摘      要：近年来,有机半导体的微米和纳米晶体材料在科学研究领域中引起了广泛的关注,其中最为显著的进步是可以通过分子的理性设计,自组装形成高质量的微纳晶体,以及对分子结构如何决定晶体生长,外部条件如何影响最终晶体形貌的这部分工作也进行了更为深入的研究。此外,更多的研究热点主要集中在探究与总结有机纳晶的光电性质及对结构-性质关系的微观描述,并致力于基于微米和纳米晶体的器件应用等。所以,纳米尺度结构作为光电材料物质结构层次中的重要中间平台,在区分分子特性、纳米效应和块材性质中起到分水岭的作用。本论文首先基于对分子四元素设计结构的深入理解,在组内的前期工作基础中,设计将一对具有相反特征的分子片段(超分子作用基团和空间位阻基团)引入到一个分子系统中,并将其称之为分子吸斥协同理论。在此理论下设计出的TPA-PF分子,被证实二维穿插式分子排列的纳米片结构是由于超分子作用基团(TPA)和空间位阻基团(PF)的协同效应导致的。在此基础上,考虑到分子片段作用的多样性和多变性,为了精确控制分子自组装行为,全面界定和阐明吸引子/排斥基团或其他类型分子片段的必要性,我们理性设计了三个螺环类同分异构体分子,即SFX-2-Cz、SFX-3’-Cz和SFX-2’-Cz。系统研究超分子作用和空间排斥力在一个分子系统中的组合,结果发现分子链段的可变作用诱导了分子组装和纳米晶体形态的转化,最终操纵其固态发光。其次,理性设计了非平面螺环芳烃SFX-2,7-DCz分子,利用经典的重沉淀法制备纳晶,实验结果发现了一系列从二维菱形纳米片到三维八面体的晶体形貌变化过程。通过一系列SEM,TEM及XRD形貌及结构表征,揭示了表面活性剂P123对{11-1}s晶面的选择性吸附所产生的动力学生长阻力ΔG{11-1}s和晶体的内在生长驱动力之间的竞争关系对最终晶体形貌的形成过程起着非常大的作用。通过调节目标化合物在结晶过程中的的过饱和度来实现生长动力学的控制,从而产生了系列尺寸均一,形貌可控的有机纳米晶体。最后,将十字型螺环芳烃分子SFX-3’-Cz分子,对其进行超分子自组装,形成厚度低于11 nm的超薄二维有机纳米片结构。并运用按压的方法制备出致密的有机纳米晶薄膜,应用于OFET中作为有机薄膜器件的浮栅层,相对于分子蒸镀薄膜器件而言,表现出较低的迁移率,但阈值电压较低且开关比较大,存储性较高,达到50 V的存储窗口,但器件结构的稳定性和可重复性还未得到充分的论证。