对称性破缺驱动下螺环芳烃纳米晶半导体的多尺度自组装与光电性质
有机半导体纳米晶是一类新颖半导体材料，集合了有机半导体能带可设计、晶体排列高度有序、纳米效应等优势。本文以对称性破缺驱动螺环芳烃纳米晶半导体的可控多尺度自组装，设计得到了一系列具有丰富光电性质的均一纳米形貌，利用上述结构的纳米效应研究了其在光响应电存储器件中的应用。本文首先总结了一系列作为智能构筑单元的大体积π系统分子的多尺度自组装行为及其光电性质。针对有机纳米结构在热力学主导下自组装的特点，通过对超分子作用能量的理论计算，首次提出了准确预测微纳单晶形貌的热力学方法，并将其作为一项基础工具应用于对称性破缺诱导的多尺度纳米自组装，为有机纳米结构的设计提供了理论方法。随后，本文以十字交叉型的螺环芳烃SFX及其衍生物为模型，提出通过热力学主导下超分子作用力的对称性破缺策略，实现了对超分子作用力的一次、二次和三次破缺，分别获得了2D纳米片、1D纳米线（或准1D纳米带）和3D多面体的多尺度微纳形貌，并进一步验证上述微纳单晶形貌预测方法的正确性。本文利用不同表面活性剂在晶面的不同选择性吸附，成功实现了对3D多面体形貌的动力学可控自组装，得到了从六面体、八面体到十面体等一系列均一多面体形貌。针对一次破缺中较厚的2D形貌，为了得到适用于有机薄膜器件的2D超薄纳米结构，本文结合有机半导体能带可设计的优势进一步提出了对超分子作用力的深度对称性破缺，得到了一系列厚度在10 nm量级的均一、能带可调、自支撑的多色超薄柔性纳米片。该研究工作证明非平面有机半导体的对称性破缺是设计有机微纳晶体多尺度形貌新颖而有效的策略。这一设计理论的提出，不仅丰富了有机纳米半导体的形貌，而且为有机纳米材料在各领域的推广做出了有益的贡献。 合成均一纳米结构尤其是超薄2D结构是构筑大面积高质量薄膜的前提，为有机光电子器件的发展提供了全新的材料支持和机理解释的理想模型。本文将制备所得的超薄有机2D结构通过环境友好的水溶液加工制备成大面积高度结晶有序的均一薄膜。以该薄膜为活性层，利用片层间的纳米隧穿效应设计了有机纳米二极管，呈非易失性的电双稳态并伴随光开关性质。这类形状规则的有机半导体纳米片还可以作为电荷存储单元引入到有机晶体管存储器中。通过与电荷传输层的异质结设计得到的纳米片异质结晶体管存储器具有典型的多阶光辅助电荷存储特性。该器件优异的电荷存储性能可能源于有机半导体纳米片高度有序的分子排列和界面处的纳米效应。有机纳米半导体及其异质结结构具有丰富的光电性质，不仅仅可用于构筑可靠的高密度电存储器件，还为有机器件朝高度智能化方向发展提供了重要的思路。
有机纳米半导体;螺环芳烃;形貌设计;光电性质;多尺度自组装
南京邮电大学
博士
信息材料
黄维;解令海
2015
中文
TN304.5
186
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）