有機(jī)固體的晶體通常較小，多數(shù)以不規(guī)整的微納晶形式存在。因此，如果能在微納晶的基礎(chǔ)上直接構(gòu)筑器件，不僅能免除晶體生長的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)對材料的高效表征，同時(shí)也必將促使有機(jī)晶體與器件的融合，推動其應(yīng)用。在中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、國家科技部的支持下，化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在有機(jī)微納晶的控制合成、器件研究以及電路的研究取得系列進(jìn)展。
三苯胺是一種典型的空穴傳輸型材料，因?yàn)榉肿觾?nèi)存在較強(qiáng)的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致其通常形成無定形薄膜，因此三苯胺類材料又稱為分子玻璃。研究人員發(fā)現(xiàn)，環(huán)三苯胺二聚體能有效阻止分子內(nèi)的轉(zhuǎn)動，形成大pi共軛結(jié)構(gòu)，從而能有效堆積組裝成有機(jī)單晶納米帶，這種單晶結(jié)構(gòu)大大改善了材料的載流子傳輸性能，其載流子遷移率由分子玻璃的10-4-10-5 cm2/Vs上升為0.05 cm2/Vs左右。這一研究，為高遷移率分子材料的合成和高性能分子器件的制備提供了重要的指導(dǎo)(Adv. Mater. 2009, 21, 1605-1608)。
圖1 環(huán)三苯胺二聚體有機(jī)微納晶的研究
晶體的各向異性，是分子材料的本征性能之一。但有機(jī)晶體多數(shù)以微納晶的形式存在，因而其各向異性的研究一直是個(gè)挑戰(zhàn)性的課題。針對這一挑戰(zhàn)性課題，研究人員控制合成了一種并五苯類似物的六角狀微納單晶，采用單個(gè)六角微晶，利用有機(jī)納米線模板法，在單個(gè)微晶上分別構(gòu)筑了4個(gè)和6個(gè)電極，利用單個(gè)微納晶成功實(shí)現(xiàn)了各向異性傳輸特性的研究，獲得了晶體沿不同晶面、不同晶向傳輸?shù)倪w移率，其沿c軸的遷移率最高達(dá)1.8 cm2V-1s-1 ，開關(guān)比>107，各向異性比在2－2.5。結(jié)果證實(shí)：分子堆積越緊密、分子間作用力越強(qiáng)，遷移率越高。相關(guān)結(jié)果為分子材料的調(diào)控合成提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)(Adv. Mater. 2009, 21, 4492-4495)。
圖2 有機(jī)微納晶的各向異性研究
