自组装分子电子器件

自组装技术是解决有机功能分子与电极连接问题最有希望的技术之一,近-来在构筑分子电子器件中得到了越来越多的应用,成为分子电子学发展的一个重要方向.本文介绍了自组装技术在制备分子器件中的应用.并讨论了自组装分子器件的前景和面临的一些问题.     

“推-拉”型巯基偶氮苯衍生物的合成

分子电子器件的研究是近期基础研究中受到极大关注的前沿热点[1-4]。带巯基的有机分子在金电极表面形成的自组装单分子膜(SAMs)及其电活性,是分子电子学领域具有代表性和研究最多的体系之一[5-13]。由于结构的特殊性和特征的光致异构化,偶氮苯衍生物具有对光和电的双重活性[14]     

电位控制辣根过氧化酶在金电极上的组装

以辣根过氧化酶(HRP)为模型蛋白质, 研究了蛋白分子的电位控制组装. 采用氨基乙硫醇(AET)在金电极上自组装单分子层(SAMs), 通过改变溶液的酸碱度调节HRP所带的电荷, 利用控制电位方法在SAMs上组装HRP. 借助于酶与底物作用后光密度(OD)的变化研究了不同体系中HRP组装量随控制电位变化的规律, 并用X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等手段表征了电位控制HRP修饰电极. 结果表明, 控制电位不会改变HRP的活性, 酶-底物作用后显色反应的光密度高低可评价组装HRP分子的相对含量. 在恒电位控制模式下, 流经电极的总电荷接近零时HRP的组装量较多. 该研究将对生物分子的控制组装和生物体内带电器件的设计具有较重要的意义, 并为生物纳米器件的研制提供技术基础.     

单分子电子器件电极-分子界面设计和调控

电极-分子接触界面在单分子器件中扮演着至关重要的作用.通过对电极、分子的锚定基团以及电极与分子间作用方式进行设计和调控,可以有效控制电极-分子界面结构和性质,从而影响单分子器件的性能和功能.本文从单分子器件研究的常用技术手段出发,综述单分子器件中常见的电极-分子接触界面类型及构建方式,并进一步阐述机械力、电化学及电场等...     

基于单壁碳纳米管的功能分子电子器件研究

单壁碳纳米管具有完美的一维纳米结构、良好的导电性和电子弹道输运特性, 被认为是新一代电子学器件的重要基础材料. 作者介绍了两种构筑基于单壁碳纳米管的功能化场效应晶体管的策略, 使用纳米刻蚀法可以制备稳定的功能化单分子器件, 使用表面化学修饰法则提供了发展新型纳米传感器件的简易途径. 针对分子与电极间的非欧姆接触问题, 作者着重介绍了制备羧基功能化单壁碳纳米管点电极的普适性方法, 并将导电分子通过酰胺键共价嵌入碳纳米管电极之间, 从而制备稳定的单分子电子器件. 这一体系为发展无需标记、高选择性的快速单分子检测方法提供了机会, 在实际的工业应用及基础科学研究中都具有广阔的应用前景.     

基于混合自组装单分子层的可控分子整流

基于自组装单分子层(SAM)的分子器件的性能取决于分子层的超分子结构. 而混合自组装单分子层是一种简便易行的调控单分子层组成和结构的方法. 将具有整流特性的11-二茂铁基-1-十一烷基硫醇(FUT)和惰性1-十一烷硫醇(C11-SH)通过溶液共混制备了混合单分子层, 并用液态EGaIn作为顶电极研究了SAM器件的性质. C11-SH与FUT分子的比例可以调节器件的整流性能: 随着惰性C11-SH分子比例增高, SAM器件的整流比逐渐降低. 有趣的是, 当惰性C11-SH的比例小于20%时, 器件的整流性能反而随C11-SH的加入而得到了提升. 这是由于少量C11-SH分子减弱了由二茂铁分子的排列缺陷引起的漏电流, 改善了分子器件的稳定性和重现性, 为单分子层器件的性能调控提供了一种简便有效的方法.     

吡咯烷二硫代氨基甲酸铵自组装膜对铜的缓蚀作用

吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDTC)是一种环境友好型金属缓蚀剂, 以其在铜表面制备了自组装单分子膜(SAMs), 用电化学方法研究在0.5 mol·L-1 HCl介质中APDTC SAMs对铜的缓蚀作用及其吸附行为. 结果表明, APDTC分子易在铜表面形成稳定的APDTC SAMs, 改变了电极表面的双电层结构, SAMs同时抑制了铜的阳极氧化过程和阴极还原过程, 铜电极的电荷转移电阻明显提高, 双电层电容明显降低. 电化学阻抗和极化曲线测试结果显示, 在0.5 mol·L-1 HCl介质中, 铜表面APDTC SAMs表现出良好的缓蚀效果. 研究结果还表明, APDTC的吸附行为符合Langmuir吸附等温式, 吸附机理是介于化学吸附和物理吸附之间的一种吸附.     

一种新的压电免疫传感器中生物分子固定化方法的研究

生物分子固定化或传感界面设计技术是研制压电免疫传感器的关键之一。本文 结合自组装单分子膜（SAMs）和聚电解质静电吸附组装技术，提出了一种新的压电 免疫传感器中生物分子固定化方法，研制成一种检测补体C_3的压电免疫传感器。 先在石英晶振的金电极表面组装一层胱胺SAMs，再在膜上组装带相反电荷的聚苯磺 酸钠（PSS）单层膜，通过静电吸附作用固定抗体（抗原），实现对相应抗原（抗 体）的检测。利用扫描电镜技术，从形态上考察了晶振组装胱氨SAMs与PSS及固定 补体C_3抗体后的表面形貌。研究了抗体的固定化条件，探讨了传感器采用这种固 定化方法的响应与再生性能，并与戊二醛键合固定法进行比较。结果表明，这种固 定化方法不仅对蛋白质类生物分子的固定化具有普适性，而且对所固定的生物分子 的活性影响小，传感器的响应的频移值大，灵敏度高，选择性和再生性能均较好。     

超支化共轭聚合物的合成、性质及在光电器件中的应用研究进展

简述超支化共轭聚合物光电活性材料研究进展,设计、合成了多种具有3-D立体结构的超支化共轭聚合物,研究了它们的结构与性能的关系及其在器件上的应用.实验结果表明,这种聚合物具有良好的溶解性,可成膜性和高的发光效率.可应用于发光二极管(LED),发光电化学池(LEC),光伏打电池等器件.这类化合物不仅可以作为发光材料,还可以通过修饰得到具有分子或离子识别、信息存储性能的特殊功能材料.     

全共轭嵌段共聚物的合成组装与应用

全共轭嵌段共聚物体系将共轭聚合物的光电特性和嵌段聚合物的自组装优势相结合,是近几年发展起来的一类新型自组装光电功能材料,对其自组装机理、自组装结构与光电性能之间关系的研究,有利于共轭聚合物微观纳米结构的构筑以及未来光电器件的开发。本文主要介绍全共轭嵌段共聚物包括共轭聚电解质在内的合成发展过程,综述其在溶液中和薄膜状态下独特的自组装行为,介绍共轭聚合物在光电器件中的应用,并对其今后的研究方向做出展望。     

3-氨基-1,2,4-三氮唑自组装膜对黄铜的缓蚀作用

3-氨基-1,2,4-三氮唑(ATA)是一种环境友好型金属处理剂, 以其在黄铜表面制备了自组装单分子膜(SAMs), 用电化学方法研究ATA SAMs对黄铜的缓蚀作用及其吸附行为. 结果表明, ATA分子易在黄铜表面形成稳定的ATA SAMs, SAMs抑制了黄铜的阳极氧化过程, 改变了电极表面的双电层结构, 固/液界面双电层电容明显降低, 有良好的缓蚀效果. 研究结果还表明, ATA的吸附行为符合Langmuir吸附等温式, 吸附机理是典型的化学吸附.     

分子电子学的新进展

分子尺度电子学通过构筑基于微尺度电极和单个分子或者少量分子聚集体的"电极-分子-电极"结，研究跨越分子的电荷输运性质.它将分子本征化学特性与器件构筑相结合，考察分子的理化特性与电荷输运的构效关系，揭示微尺度的量子输运动力学原理，并探索基于分子的功能电子器件.是一个集化学、物理学与微电子学为一体的交叉学科.总结整理了分子电子学近些年在器件制备、输运机理及应用方面部分有代表性的进展.     

有机共轭分子自组装方法

本文综述了有机共轭分子自组装方法的最新研究进展,从有机共轭分子的合成、自组装方法、光电性质及应用等方面进行了阐述,着重阐述了适用于有机共轭分子的各种自组装方法。认为它们的自组装在有机光电材料或器件方面具有广阔的应用前景及潜在的应用价值。     

石墨烯表界面化学修饰及其功能调控

石墨烯属于碳纳米材料家族中的一员,是一种单层的二维原子晶体,具有高硬度、高导热性、高载流子迁移率等诸多优良特性,被认为是新一代电子学器件的重要基础材料.近年来我们课题组利用石墨烯的这些优良特性在其表界面化学修饰及其功能调控方面开展了一系列研究工作.我们对石墨烯表界面进行了共价或非共价化学修饰,在一定程度上打开了石墨烯的带隙,并发展了具有传感功能的石墨烯器件.我们还制备了基于石墨烯的纳米电极,发展了新一代分子电子器件的普适性制备方法,实现了单分子器件的功能化.展望未来,以石墨烯为代表的碳基纳米材料将继续在纳电子器件研究领域发挥重要作用.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.     

基于裂结技术的单分子尺度化学反应研究进展

分子电子学是研究单分子器件的构筑、性质以及功能调控的一门新兴学科。其中,金属/分子/金属结的构筑和表征是现阶段分子电子学的主要研究内容。裂结技术是当前分子电子学研究的主要实验方法,主要包括机械可控裂结技术和扫描隧道显微镜裂结技术。本文对裂结技术进行了介绍,并对近年来利用这些技术,在单分子尺度化学反应的检测和动力学研究,以及将这些技术与溶液环境、静电场、电化学门控等方法相结合,调控单分子器件的电输运性质等方面所取得的进展进行了概述。     

水/醇溶聚合物界面材料在聚合物光电器件中的应用及性能研究

系统研究了系列不同共轭与非共轭水/醇溶聚合物作为界面修饰材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的应用及结构性能关系. 研究了界面层厚度, 器件金属电极功函对材料界面修饰性能的影响. 在此基础上, 系统对比研究了共轭与非共轭水/醇溶聚合物界面材料在不同聚合物光电器件中界面修饰性能的差别. 内建电势测试与器件研究结果表明, 在聚合物发光二极管中, 共轭材料表现出明显优于非共轭材料的性能, 特别是在超高功函数的金属金电极器件中, 共轭的水/醇溶聚合物材料依然表现出很好的电子注入/传输性能; 在聚合物太阳电池中, 共轭材料的界面修饰性能也优于非共轭类界面修饰材料.     

基于苯炔苯及荧光探针芘自组装单分子膜的制备及苯胺检测

利用重氮基的光分解活性、采用自组装的方法将带有功能基团NH₂ 的4-(4-氨基苯乙炔基)苯共价键接在石英基片上制备了共轭单分子膜; 利用膜上NH₂ 的反应活性, 通过酰胺化反应或自组装的方式将稠环芘修饰在单分子膜上,构筑了含有芘荧光探针的稳定发光超薄膜; 该薄膜能够与电子受体硝基苯胺间因相互作用形成电荷转移络合物而使其荧光猝灭, 并且该薄膜对硝基苯胺同分异构体的荧光猝灭响应有明显的差异, 其中对硝基苯胺对功能薄膜的猝灭效应最为明显, 其次是邻硝基苯胺和间硝基苯胺; 且具有明显的浓度依赖性.     

刚柔嵌段共轭聚合物自组装体系*

刚柔嵌段共轭聚合物的自组装是超分子化学研究的热点之一。本文综述了近年来刚柔嵌段共轭聚合物自组装体系研究进展。根据共轭刚性段的不同分类进行阐述,综述了聚芴,二（苯乙烯）-蒽,聚对苯撑,聚对苯乙烯撑,聚对苯撑乙炔,聚（2,5-苯甲酮）,聚噻吩,聚苯基喹啉等作为刚性链段的刚柔嵌段共轭聚合物自组装体系,介绍了刚柔嵌段共轭聚合物的合成和光物理性质;重点评述了刚柔嵌段共轭聚合物在不同溶剂、浓度、温度等条件下自组装形成一维、二维以及三维的周期性微结构,且具有方便的可控性。概括了刚柔嵌段共轭聚合物自组装体系广阔的应用前景,尤其在光电器件领域有着潜在的应用价值。最后展望了刚柔嵌段共轭聚合物自组装体系研究和发展的方向。     

光响应超分子聚合物

超分子聚合物是超分子化学、高分子化学和材料化学领域的研究热点.将光响应的功能基团以非共价作用构筑到超分子聚合物体系中,得到光响应型超分子聚合物,从而能够将超分子聚合物的独特性质与光化学反应的优势有效地结合起来,从而构筑新型的光功能材料.本文总结了近年来本课题组有关光响应超分子聚合物方面的研究工作:介绍了主链型的光响应超分子聚合物的光调控组装和解离,超分子聚合物和共价聚合物的光控可逆切换和光调控组装形貌;另外还举例介绍了具有自修复和室温磷光发射等功能的侧链型光响应超分子聚合物,并对刺激-响应的超分子聚合物领域的发展做了展望.