此外，他們還控制合成了一種新型蒽化合物，二苯乙烯蒽的微納單晶，采用有機單晶微納線模板法制備了其高性能的場效應(yīng)晶體管，其最高遷移率達到4.3 cm2V-1s-1。利用這種高性能微納單晶場效應(yīng)晶體管制備了高性能的反相器，其最大增益達到80。最后，研究了單晶的傳輸特性表現(xiàn)出各向異性的特點，沿a軸和b軸方向的遷移率比在1.5-1.95 (μa/μb)。這項研究，為高性能單晶分子電路的研究奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater. 2009, 21, 3649-3653上。
圖3 高性能微納單晶場效應(yīng)晶體管制備了高性能的反相器
在有機微納晶控制合成和高性能器件研究的基礎(chǔ)上，研究人員利用CuPc, F16CuPc 和SnO2:Sb單晶納米線，實現(xiàn)了復(fù)雜納米邏輯電路的構(gòu)筑。這些電路顯示出良好的穩(wěn)定性、較高的響應(yīng)特性和很低的功耗(<40 pW)。這種由下而上的制備單晶納米電路的技術(shù)和良好的性能，為有機單晶在分子納米電路中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater. 2009, 21, 4234-4237上，并被選為當(dāng)期的封面文章。
圖4 有機微納晶的邏輯電路研究
在小分子材料成功研究的基礎(chǔ)上，他們和高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室、美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校合作，開展了共軛高分子微納晶的研究。通常，共軛高分子形成無序的薄膜，這導(dǎo)致高分子膜的遷移率較低、獲取高分子本征性能、評價高分子困難。他們采取控制組裝的方法，獲得了聚苯乙炔高質(zhì)量的單晶納米線。首次對共軛高分子納米線的晶態(tài)結(jié)構(gòu)、分子堆積進行了解析。證實聚苯乙炔納米線是一種正交晶系，晶格參數(shù)a,b,c分別為13.63 Å, 7.62 Å, 5.12 Å。在納米線內(nèi)，分子鏈沿著納米線的長軸方向堆積、側(cè)鏈垂直基板排列。進而，他們采用納米線模板法構(gòu)筑了聚苯乙炔納米線的場效應(yīng)晶體管。晶體管的研究結(jié)果顯示，其場效應(yīng)遷移率在10-2 cm2/Vs，最高達到0.1 cm2/Vs，比同等條件下其薄膜的場效應(yīng)遷移率搞3-4個量級。這些研究結(jié)果，為揭示共軛高分子的本征性能，構(gòu)筑高性能分子納米器件、推動其應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17315-17320上。
圖5 共軛高分子微納晶的研究
