多组分有机一维晶体大规模组装的新方法:表面诱导凝聚和结晶

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       有机半导体晶体具有优异的电学和光学性能,同时加工制备成本较低,有望应用于新一代的电学和光学器件。有机分子组装的成分、结晶性和生长位点的控制对于大规模制备有机半导体器件至关重要。现有的技术,如喷墨打印、纳米压印和软刻蚀等,已经被广泛用于有机单组份微纳结构的制备,具有潜在的应用前景。相比于单组份晶体,多组分微纳米晶体由于不同分子之间的协同作用,具有更多的功能。然而,由于不同分子在临界成核浓度、结晶速度、分子量等物理化学性质上的差异,导致传统方法在多组分有机半导体晶体大规模组装上具有较大的局限性。

       中国科学院化学研究所的凤建岗博士生和莫纳什大学苏彬博士及其合作者对多组分一维晶体的组装进行了深入研究,提出了用特殊浸润性的表面诱导多种有机分子的凝聚和结晶,制备得到了均匀掺杂的多组分一维晶体,为多组分微纳米晶体阵列的研究和应用提供了一种新的思路。相关论文发表在最新的Small杂志上(Small. 2015, DOI: 10.1002/smll.201501563)。这种方法通过使用具有微米级结构的硅柱阵列表面为模板,将两种半导体分子和有机溶剂同时蒸发到硅柱模板表面,由于硅柱表面的微结构,以及顶端和侧壁之间的浸润性差异,两种有机功能分子被诱导在硅柱侧壁的顶边凝聚并结晶。通过这种方法,两种有机分子实现了均匀的掺杂,形成了严格排列和精确定位的一维多组分晶体阵列。通过设计硅柱的几何形状和排列方式,一维晶体之间可以连接成为更加复杂的图案,如正方形和“ICCAS”图案。对这种多组分一维晶体的光学性质进行表征发现,该晶体能够发白光,同时,能够实现白光的波导。

        该工作中使用表面诱导凝聚和结晶的策略实现了多组分一维晶体阵列和图案的组装。不仅有望实现多组分有机晶体的阵列化、图案化组装,同时,作为一种普适性的方法,可以用于组装其他有机多组分半导体分子,促进有机多组分晶体在光子学、电子学、生物传感器、光电子器件等领域的应用。