Small:一种典型的双稳态材料(CuTCNQ):从微/纳米结构到应用

电荷转移(CT)络合物通常由富电子和缺电子的分子形成,这类分子已经在多种光电器件中显示出潜在的应用,例如电容器,开关器件,太阳能电池和锂电池等。其中,CuTCNQ作为一种典型的CT络合物,它的结构、电学和光学特性充分地吸引了人们的关注。1979年,Potember等人首次报道了CuTCNQ的双稳态及电开关特性。此后,近40年的时间里,从不同的角度展开了对其大量的广泛的研究。迄今为止,人们已经进行了各种尝试来探索CuTCNQ电开关特性的机制,但仍然是此领域的一个难点。人们普遍认为问题的关键可归因于:(ⅰ)CuTCNQ具有两相:高电导动力学稳定相I和低电导热力学稳定相II,这两个相可以很容易地共存于一个系统中,但很难分离。(ⅱ)制备的器件中往往包含着不同的形貌,因此很难对单一的相进行研究。(ⅲ)转换机制与形态或晶态之间的关系不明确。因此,如何可控的合成具有单一形态的CuTCNQ对于其机制的解释和应用都有重要意义。经过多年的探索和研究,已经制备出CuTCNQ的微/纳米结构,包括纳米管,纳米带,纳米棒,纳米线,纳米薄片和纳米锥,并制备了基于这些微/纳米结构的电学器件用来进一步了解其开关机理。此外,CuTCNQ微米/纳米结构在场发射,压力传感器,电子电极材料和热电设备中也显示出巨大的应用前景。

天津大学的胡文平教授,李立强教授,纪德洋教授及其团队以及德国明斯特大学的Harald Fuchs教授对这种典型的双稳态材料—CuTCNQ近四十年来的研究成果进行了回顾。首先简要概述了CuTCNQ微观/纳米结构的合成方法。 然后重点介绍了控制CuTCNQ微观/纳米结构的形态和尺寸的策略。其中通过自发电解,化学气相沉积,真空共沉积以及电化学还原的方法都可以有效地控制其微/纳结构。 文章还概述了CuTCNQ在开关和存储设备,场发射器,压力传感器,电极材料和热电器件等电学器件中的应用,证明了CuTCNQ在有机电子领域潜在的应用价值。最后,提出了该领域未来研究方向和展望。

文章发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202004143)上,第一作者为天津大学分子聚集态研究院的郑莹爽(研究生)和李洁博士。