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低維分子材料與器件 版權(quán)信息
- ISBN：9787030716590
- 條形碼：9787030716590 ; 978-7-03-071659-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
低維分子材料與器件 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書為“低維材料與器件叢書”之一，涉及化學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)等學(xué)科。本書共分13章，比較全面地介紹了低維分子材料與器件這一前沿領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)與重要研究成果。在內(nèi)容方面，第1章為緒論，概述了低維分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用；第2章介紹了低維分子材料的設(shè)計(jì)合成方法；第3～7章分別闡述了一維和二維有機(jī)半導(dǎo)體單晶、低維有機(jī)共晶、低維共軛高分子晶態(tài)材料及低維共軛配位聚合物材料；第8～12章分別介紹了低維分子材料的幾個(gè)*活躍的器件應(yīng)用領(lǐng)域（發(fā)光和光探測(cè)器件、光伏器件、場(chǎng)效應(yīng)器件、傳感器件、有機(jī)激光器件及單分子層電學(xué)器件）。
低維分子材料與器件 目錄
目錄
總序
前言
第1章 緒論 1
1.1 低維分子材料 1
1.1.1 一維有機(jī)單晶 1
1.1.2 二維有機(jī)晶體 2
1.1.3 低維共軛高分子 2
1.1.4 低維共軛配位配合物 3
1.1.5 單分子層材料 4
1.2 基于低維分子材料的器件 4
1.2.1 光探測(cè)器件 4
1.2.2 太陽(yáng)能電池 6
1.2.3 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 6
1.2.4 傳感器 7
1.3 總結(jié)與展望 7
參考文獻(xiàn) 7
第2章 分子材料的設(shè)計(jì)合成 9
2.1 概述 9
2.2 堆積結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)與組裝形貌 9
2.2.1 堆積結(jié)構(gòu) 9
2.2.2 線型分子 10
2.2.3 柱狀分子 14
2.2.4 碗狀分子 14
2.3 場(chǎng)效應(yīng)材料的設(shè)計(jì)合成 16
2.3.1 設(shè)計(jì)策略 16
2.3.2 分類及合成 17
2.3.3 總結(jié)與展望 42
2.4 發(fā)光材料的設(shè)計(jì)合成 43
2.4.1 設(shè)計(jì)策略 43
2.4.2 分類及合成 43
2.4.3 總結(jié)與展望 59
2.5 光伏材料的設(shè)計(jì)合成 60
2.5.1 設(shè)計(jì)策略 60
2.5.2 分類及合成 60
2.5.3 總結(jié)與展望 74
參考文獻(xiàn) 75
第3章 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體 86
3.1 概述 86
3.2 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的生長(zhǎng)方法 87
3.2.1 溶液法 87
3.2.2 氣相法 99
3.3 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的應(yīng)用概述 102
3.3.1 有機(jī)單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管 103
3.3.2 有機(jī)單晶光敏開(kāi)關(guān)和光控晶體管 104
3.3.3 有機(jī)單晶光子器件 105
3.3.4 有機(jī)單晶存儲(chǔ)器 105
3.3.5 有機(jī)單晶電路 105
3.3.6 有機(jī)單晶太陽(yáng)能器件 106
3.3.7 有機(jī)單晶自旋器件 106
3.3.8 有機(jī)單晶電池 107
3.3.9 有機(jī)單晶激光材料 107
3.3.10 有機(jī)單晶傳感器 108
3.4 總結(jié)與展望 108
參考文獻(xiàn) 109
第4章 二維有機(jī)半導(dǎo)體晶體 115
4.1 概述 115
4.2 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 116
4.3 制備策略 117
4.3.1 自組裝 117
4.3.2 受控組裝 122
4.3.3 外延法 126
4.3.4 機(jī)械剝離法 130
4.4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用 131
4.4.1 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 131
4.4.2 有機(jī)光電探測(cè)器 140
4.4.3 化學(xué)傳感器 144
4.5 總結(jié)與展望 149
參考文獻(xiàn) 149
第5章 低維有機(jī)共晶材料 154
5.1 概述 154
5.2 共晶構(gòu)建的影響因素與組裝模式 155
5.2.1 共晶構(gòu)建的影響因素 156
5.2.2 共晶組裝模式 163
5.3 低維共晶的制備策略 164
5.3.1 溶液自組裝 164
5.3.2 物理氣相傳輸法 167
5.3.3 固相法 168
5.4 低維共晶的物化性質(zhì)及應(yīng)用 169
5.4.1 電學(xué)性能 169
5.4.2 光學(xué)性能 173
5.4.3 光電轉(zhuǎn)換—太陽(yáng)能電池、光響應(yīng)器件 177
5.4.4 光熱轉(zhuǎn)換—光熱探測(cè)與成像 179
5.4.5 刺激形變 180
5.4.6 其他 183
5.5 總結(jié)與展望 185
參考文獻(xiàn) 185
第6章 低維共軛高分子晶態(tài)材料 192
6.1 概述 192
6.2 制備方法 193
6.2.1 一維共軛高分子晶態(tài)材料制備方法 194
6.2.2 二維共軛高分子晶態(tài)材料制備方法 199
6.3 低維共軛高分子晶態(tài)材料的重要進(jìn)展 203
6.3.1 一維共軛高分子晶態(tài)材料 203
6.3.2 二維共軛高分子晶態(tài)材料 215
6.4 低維共軛高分子晶態(tài)材料應(yīng)用研究 218
6.5 總結(jié)與展望 224
參考文獻(xiàn) 224
第7章 低維共軛配位聚合物材料 231
7.1 概述 231
7.2 低維共軛配位聚合物材料的結(jié)構(gòu)特性 232
7.2.1 低維共軛配位聚合物材料的化學(xué)結(jié)構(gòu) 232
7.2.2 低維共軛配位聚合物材料的堆積結(jié)構(gòu) 241
7.3 低維共軛配位聚合物材料的合成方法 242
7.3.1 界面生長(zhǎng)法 243
7.3.2 溶劑熱法 247
7.4 低維共軛配位聚合物材料的潛在應(yīng)用 249
7.4.1 半導(dǎo)體材料與器件 252
7.4.2 超導(dǎo)體與金屬特性 253
7.4.3 自旋電子學(xué) 254
7.4.4 能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換 256
7.4.5 吸附、分離與傳感 265
7.5 總結(jié)與展望 268
參考文獻(xiàn) 269
第8章 低維分子材料發(fā)光和光探測(cè)器件 277
8.1 概述 277
8.2 低維分子材料發(fā)光器件 278
8.2.1 工作機(jī)理 278
8.2.2 主要參數(shù) 280
8.2.3 低維分子材料發(fā)光二極管 282
8.2.4 低維分子材料發(fā)光晶體管 289
8.3 低維分子材料光探測(cè)器件 294
8.3.1 工作機(jī)理 294
8.3.2 主要參數(shù) 296
8.3.3 低維分子材料光電二極管 297
8.3.4 低維分子材料光電晶體管 303
8.4 總結(jié)與展望 306
參考文獻(xiàn) 307
第9章 低維分子材料光伏器件 314
9.1 概述 314
9.2 有機(jī)光伏器件中光電轉(zhuǎn)換效率的影響因素 317
9.2.1 開(kāi)路電壓的影響因素 318
9.2.2 短路電流的影響因素 323
9.2.3 填充因子的影響因素 324
9.3 有機(jī)光伏器件的構(gòu)型 326
9.3.1 給受體雙層異質(zhì)結(jié)器件 327
9.3.2 本體異質(zhì)結(jié)器件 327
9.3.3 單組分結(jié)構(gòu)器件 328
9.4 低維分子材料光伏器件的制備與發(fā)展現(xiàn)狀 330
9.4.1 基于給受體雙層異質(zhì)結(jié)的低維光伏器件的活性層生長(zhǎng) 330
9.4.2 基于給受體共晶結(jié)構(gòu)的低維光伏器件的活性層生長(zhǎng) 331
9.4.3 基于低維分子材料的光伏器件的構(gòu)建及相關(guān)性能的研究 333
9.5 總結(jié)與展望 338
參考文獻(xiàn) 339
第10章 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件 343
10.1 概述 343
10.2 器件結(jié)構(gòu)和制備技術(shù) 343
10.2.1 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件的基本結(jié)構(gòu) 343
10.2.2 絕緣層的制備 344
10.2.3 電極的制備方法 347
10.2.4 器件中低維分子材料的制備和轉(zhuǎn)移方法 350
10.3 器件性能 354
10.3.1 場(chǎng)效應(yīng)器件性能的影響因素 354
10.3.2 一維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件性能 357
10.3.3 二維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件性能 366
10.4 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件的集成和電路 373
10.4.1 基于光刻技術(shù)的器件集成和電路 374
10.4.2 基于掩模蒸鍍技術(shù)的器件集成和電路 375
10.4.3 其他器件集成技術(shù) 376
10.5 總結(jié)與展望 377
參考文獻(xiàn) 378
第11章 低維分子材料傳感器件 383
11.1 概述 383
11.2 傳感器件介紹 384
11.2.1 傳感器件基本參數(shù) 384
11.2.2 傳感器件構(gòu)型與基本原理 386
11.2.3 低維分子傳感材料 388
11.2.4 傳感器件制備技術(shù) 395
11.2.5 傳感性能優(yōu)化策略 396
11.2.6 傳感器件應(yīng)用領(lǐng)域 396
11.3 低維分子材料化學(xué)傳感器件 397
11.3.1 氣體傳感器 397
11.3.2 濕度傳感器 402
11.3.3 離子傳感器 404
11.4 低維分子材料物理傳感器件 406
11.4.1 壓力傳感器 407
11.4.2 溫度傳感器 411
11.5 總結(jié)與展望 420
參考文獻(xiàn) 421
第12章 有機(jī)激光材料與器件 428
12.1 概述 428
12.2 有機(jī)激光微腔的可控制備 430
12.2.1 有機(jī)納米線—FP微腔 431
12.2.2 有機(jī)納米盤或微半球等—WGM微腔 434
12.3 有機(jī)激光材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)過(guò)程 440
12.3.1 基于準(zhǔn)四能級(jí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)微納激光器 440
12.3.2 基于有機(jī)激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程的波長(zhǎng)可切換激光器 441
12.3.3 基于激基締合物發(fā)光的波長(zhǎng)可切換激光器 442
12.3.4 基于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程控制的寬譜可調(diào)激光器 443
12.4 基于復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機(jī)微納激光器 445
12.4.1 軸向耦合有機(jī)納米線諧振腔的雙色單模激光器 445
12.4.2 基于線盤耦合結(jié)構(gòu)的激光方向性輸出 445
12.4.3 基于有機(jī)/金屬異質(zhì)結(jié)的激光亞波長(zhǎng)輸出 447
12.5 有機(jī)微納激光器的應(yīng)用 448
12.5.1 化學(xué)傳感器 448
12.5.2 生物激光器 449
12.5.3 光子學(xué)集成回路 451
12.6 總結(jié)與展望 452
參考文獻(xiàn) 453
第13章 單分子層電學(xué)器件的構(gòu)筑與應(yīng)用 458
13.1 概述 458
13.2 自組裝單分子層 458
13.2.1 在金屬基底上形成SAM 459
13.2.2 在硅基底上形成SAM 464
13.2.3 在氧化物基底上形成SAM 466
13.2.4 錨定基團(tuán) 466
13.3 Langmuir-Blodgett技術(shù) 469
13.4 分子器件頂電極的制備 470
13.4.1 直接沉積金屬頂電極 470
13.4.2 間接蒸發(fā)金屬頂電極 471
13.5 高質(zhì)量分子器件的制備 473
13.5.1 剝離漂浮法 473
13.5.2 交叉結(jié)法 474
13.5.3 轉(zhuǎn)移印刷法 475
13.5.4 液態(tài)金屬接觸 477
13.5.5 緩沖層間結(jié) 479
13.5.6 石墨烯作為頂電極 481
13.6 功能性分子電子器件的*近進(jìn)展 485
13.7 總結(jié)與展望 490
參考文獻(xiàn) 491
關(guān)鍵詞索引 499
總序
前言
第1章 緒論 1
1.1 低維分子材料 1
1.1.1 一維有機(jī)單晶 1
1.1.2 二維有機(jī)晶體 2
1.1.3 低維共軛高分子 2
1.1.4 低維共軛配位配合物 3
1.1.5 單分子層材料 4
1.2 基于低維分子材料的器件 4
1.2.1 光探測(cè)器件 4
1.2.2 太陽(yáng)能電池 6
1.2.3 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 6
1.2.4 傳感器 7
1.3 總結(jié)與展望 7
參考文獻(xiàn) 7
第2章 分子材料的設(shè)計(jì)合成 9
2.1 概述 9
2.2 堆積結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)與組裝形貌 9
2.2.1 堆積結(jié)構(gòu) 9
2.2.2 線型分子 10
2.2.3 柱狀分子 14
2.2.4 碗狀分子 14
2.3 場(chǎng)效應(yīng)材料的設(shè)計(jì)合成 16
2.3.1 設(shè)計(jì)策略 16
2.3.2 分類及合成 17
2.3.3 總結(jié)與展望 42
2.4 發(fā)光材料的設(shè)計(jì)合成 43
2.4.1 設(shè)計(jì)策略 43
2.4.2 分類及合成 43
2.4.3 總結(jié)與展望 59
2.5 光伏材料的設(shè)計(jì)合成 60
2.5.1 設(shè)計(jì)策略 60
2.5.2 分類及合成 60
2.5.3 總結(jié)與展望 74
參考文獻(xiàn) 75
第3章 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體 86
3.1 概述 86
3.2 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的生長(zhǎng)方法 87
3.2.1 溶液法 87
3.2.2 氣相法 99
3.3 一維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的應(yīng)用概述 102
3.3.1 有機(jī)單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管 103
3.3.2 有機(jī)單晶光敏開(kāi)關(guān)和光控晶體管 104
3.3.3 有機(jī)單晶光子器件 105
3.3.4 有機(jī)單晶存儲(chǔ)器 105
3.3.5 有機(jī)單晶電路 105
3.3.6 有機(jī)單晶太陽(yáng)能器件 106
3.3.7 有機(jī)單晶自旋器件 106
3.3.8 有機(jī)單晶電池 107
3.3.9 有機(jī)單晶激光材料 107
3.3.10 有機(jī)單晶傳感器 108
3.4 總結(jié)與展望 108
參考文獻(xiàn) 109
第4章 二維有機(jī)半導(dǎo)體晶體 115
4.1 概述 115
4.2 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 116
4.3 制備策略 117
4.3.1 自組裝 117
4.3.2 受控組裝 122
4.3.3 外延法 126
4.3.4 機(jī)械剝離法 130
4.4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用 131
4.4.1 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 131
4.4.2 有機(jī)光電探測(cè)器 140
4.4.3 化學(xué)傳感器 144
4.5 總結(jié)與展望 149
參考文獻(xiàn) 149
第5章 低維有機(jī)共晶材料 154
5.1 概述 154
5.2 共晶構(gòu)建的影響因素與組裝模式 155
5.2.1 共晶構(gòu)建的影響因素 156
5.2.2 共晶組裝模式 163
5.3 低維共晶的制備策略 164
5.3.1 溶液自組裝 164
5.3.2 物理氣相傳輸法 167
5.3.3 固相法 168
5.4 低維共晶的物化性質(zhì)及應(yīng)用 169
5.4.1 電學(xué)性能 169
5.4.2 光學(xué)性能 173
5.4.3 光電轉(zhuǎn)換—太陽(yáng)能電池、光響應(yīng)器件 177
5.4.4 光熱轉(zhuǎn)換—光熱探測(cè)與成像 179
5.4.5 刺激形變 180
5.4.6 其他 183
5.5 總結(jié)與展望 185
參考文獻(xiàn) 185
第6章 低維共軛高分子晶態(tài)材料 192
6.1 概述 192
6.2 制備方法 193
6.2.1 一維共軛高分子晶態(tài)材料制備方法 194
6.2.2 二維共軛高分子晶態(tài)材料制備方法 199
6.3 低維共軛高分子晶態(tài)材料的重要進(jìn)展 203
6.3.1 一維共軛高分子晶態(tài)材料 203
6.3.2 二維共軛高分子晶態(tài)材料 215
6.4 低維共軛高分子晶態(tài)材料應(yīng)用研究 218
6.5 總結(jié)與展望 224
參考文獻(xiàn) 224
第7章 低維共軛配位聚合物材料 231
7.1 概述 231
7.2 低維共軛配位聚合物材料的結(jié)構(gòu)特性 232
7.2.1 低維共軛配位聚合物材料的化學(xué)結(jié)構(gòu) 232
7.2.2 低維共軛配位聚合物材料的堆積結(jié)構(gòu) 241
7.3 低維共軛配位聚合物材料的合成方法 242
7.3.1 界面生長(zhǎng)法 243
7.3.2 溶劑熱法 247
7.4 低維共軛配位聚合物材料的潛在應(yīng)用 249
7.4.1 半導(dǎo)體材料與器件 252
7.4.2 超導(dǎo)體與金屬特性 253
7.4.3 自旋電子學(xué) 254
7.4.4 能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換 256
7.4.5 吸附、分離與傳感 265
7.5 總結(jié)與展望 268
參考文獻(xiàn) 269
第8章 低維分子材料發(fā)光和光探測(cè)器件 277
8.1 概述 277
8.2 低維分子材料發(fā)光器件 278
8.2.1 工作機(jī)理 278
8.2.2 主要參數(shù) 280
8.2.3 低維分子材料發(fā)光二極管 282
8.2.4 低維分子材料發(fā)光晶體管 289
8.3 低維分子材料光探測(cè)器件 294
8.3.1 工作機(jī)理 294
8.3.2 主要參數(shù) 296
8.3.3 低維分子材料光電二極管 297
8.3.4 低維分子材料光電晶體管 303
8.4 總結(jié)與展望 306
參考文獻(xiàn) 307
第9章 低維分子材料光伏器件 314
9.1 概述 314
9.2 有機(jī)光伏器件中光電轉(zhuǎn)換效率的影響因素 317
9.2.1 開(kāi)路電壓的影響因素 318
9.2.2 短路電流的影響因素 323
9.2.3 填充因子的影響因素 324
9.3 有機(jī)光伏器件的構(gòu)型 326
9.3.1 給受體雙層異質(zhì)結(jié)器件 327
9.3.2 本體異質(zhì)結(jié)器件 327
9.3.3 單組分結(jié)構(gòu)器件 328
9.4 低維分子材料光伏器件的制備與發(fā)展現(xiàn)狀 330
9.4.1 基于給受體雙層異質(zhì)結(jié)的低維光伏器件的活性層生長(zhǎng) 330
9.4.2 基于給受體共晶結(jié)構(gòu)的低維光伏器件的活性層生長(zhǎng) 331
9.4.3 基于低維分子材料的光伏器件的構(gòu)建及相關(guān)性能的研究 333
9.5 總結(jié)與展望 338
參考文獻(xiàn) 339
第10章 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件 343
10.1 概述 343
10.2 器件結(jié)構(gòu)和制備技術(shù) 343
10.2.1 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件的基本結(jié)構(gòu) 343
10.2.2 絕緣層的制備 344
10.2.3 電極的制備方法 347
10.2.4 器件中低維分子材料的制備和轉(zhuǎn)移方法 350
10.3 器件性能 354
10.3.1 場(chǎng)效應(yīng)器件性能的影響因素 354
10.3.2 一維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件性能 357
10.3.3 二維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件性能 366
10.4 低維分子材料場(chǎng)效應(yīng)器件的集成和電路 373
10.4.1 基于光刻技術(shù)的器件集成和電路 374
10.4.2 基于掩模蒸鍍技術(shù)的器件集成和電路 375
10.4.3 其他器件集成技術(shù) 376
10.5 總結(jié)與展望 377
參考文獻(xiàn) 378
第11章 低維分子材料傳感器件 383
11.1 概述 383
11.2 傳感器件介紹 384
11.2.1 傳感器件基本參數(shù) 384
11.2.2 傳感器件構(gòu)型與基本原理 386
11.2.3 低維分子傳感材料 388
11.2.4 傳感器件制備技術(shù) 395
11.2.5 傳感性能優(yōu)化策略 396
11.2.6 傳感器件應(yīng)用領(lǐng)域 396
11.3 低維分子材料化學(xué)傳感器件 397
11.3.1 氣體傳感器 397
11.3.2 濕度傳感器 402
11.3.3 離子傳感器 404
11.4 低維分子材料物理傳感器件 406
11.4.1 壓力傳感器 407
11.4.2 溫度傳感器 411
11.5 總結(jié)與展望 420
參考文獻(xiàn) 421
第12章 有機(jī)激光材料與器件 428
12.1 概述 428
12.2 有機(jī)激光微腔的可控制備 430
12.2.1 有機(jī)納米線—FP微腔 431
12.2.2 有機(jī)納米盤或微半球等—WGM微腔 434
12.3 有機(jī)激光材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)過(guò)程 440
12.3.1 基于準(zhǔn)四能級(jí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)微納激光器 440
12.3.2 基于有機(jī)激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程的波長(zhǎng)可切換激光器 441
12.3.3 基于激基締合物發(fā)光的波長(zhǎng)可切換激光器 442
12.3.4 基于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程控制的寬譜可調(diào)激光器 443
12.4 基于復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機(jī)微納激光器 445
12.4.1 軸向耦合有機(jī)納米線諧振腔的雙色單模激光器 445
12.4.2 基于線盤耦合結(jié)構(gòu)的激光方向性輸出 445
12.4.3 基于有機(jī)/金屬異質(zhì)結(jié)的激光亞波長(zhǎng)輸出 447
12.5 有機(jī)微納激光器的應(yīng)用 448
12.5.1 化學(xué)傳感器 448
12.5.2 生物激光器 449
12.5.3 光子學(xué)集成回路 451
12.6 總結(jié)與展望 452
參考文獻(xiàn) 453
第13章 單分子層電學(xué)器件的構(gòu)筑與應(yīng)用 458
13.1 概述 458
13.2 自組裝單分子層 458
13.2.1 在金屬基底上形成SAM 459
13.2.2 在硅基底上形成SAM 464
13.2.3 在氧化物基底上形成SAM 466
13.2.4 錨定基團(tuán) 466
13.3 Langmuir-Blodgett技術(shù) 469
13.4 分子器件頂電極的制備 470
13.4.1 直接沉積金屬頂電極 470
13.4.2 間接蒸發(fā)金屬頂電極 471
13.5 高質(zhì)量分子器件的制備 473
13.5.1 剝離漂浮法 473
13.5.2 交叉結(jié)法 474
13.5.3 轉(zhuǎn)移印刷法 475
13.5.4 液態(tài)金屬接觸 477
13.5.5 緩沖層間結(jié) 479
13.5.6 石墨烯作為頂電極 481
13.6 功能性分子電子器件的*近進(jìn)展 485
13.7 總結(jié)與展望 490
參考文獻(xiàn) 491
關(guān)鍵詞索引 499
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低維分子材料與器件 節(jié)選
第1章緒論 納米材料是指在三維空間中至少有一個(gè)維度處于1～100nm的材料。納米材料獨(dú)*的表面效應(yīng)及尺寸效應(yīng)使其在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)以及力學(xué)等領(lǐng)域呈現(xiàn)許多新穎的性能。低維分子材料是納米科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，低維分子材料受到了人們的廣泛關(guān)注。低維分子材料具備很多獨(dú)*的優(yōu)點(diǎn)，如質(zhì)量輕、柔韌性好、原料來(lái)源廣、可溶液加工、制備條件溫和以及生物相容性好等。與傳統(tǒng)薄膜材料相比，高結(jié)晶性的低維分子材料具有結(jié)構(gòu)有序、缺陷密度小等優(yōu)勢(shì)，是研究材料本征性質(zhì)的理想載體，在有機(jī)電子器件中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 1.1低維分子材料 1.1.1一維有機(jī)單晶 在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，若分子趨向于沿相互作用力（如π-π相互作用或氫鍵作用）強(qiáng)的方向生長(zhǎng)，則*終可以形成一維晶體。一維材料的主要特點(diǎn)是：材料在成核后，沿一個(gè)方向的生長(zhǎng)是有利的，在其余方向的生長(zhǎng)被抑制。一維材料的微觀結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為微米/納米線（micro-/nanowire）、微米/納米棒（micro-/nanorod）、微米/納米帶（micro-/nanoribbon）、微米/納米管（micro-/nanotube）、微米/納米纖維（micro-/nanofiber）等。 在一維有機(jī)材料中，一維有機(jī)單晶由于具有低缺陷、無(wú)晶界、能反映材料本征性能等優(yōu)勢(shì)，受到了科研人員的關(guān)注。目前，制備一維有機(jī)單晶的方法主要有溶液法和氣相法。其中，溶液法主要包括溶劑揮發(fā)法、緩慢冷卻法、氣相擴(kuò)散法、溶液剪切法、溶液自組裝法、溶液外延法、溶液模板法和溶液印刷法等。溶液法具有簡(jiǎn)單、成本低廉、可實(shí)現(xiàn)多種有機(jī)半導(dǎo)體的大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，但其不適合難溶有機(jī)半導(dǎo)體的處理。此外，有機(jī)溶劑的使用會(huì)污染環(huán)境，也可能會(huì)進(jìn)入晶格形成共晶，影響半導(dǎo)體分子的本征性能。氣相法包括物理/化學(xué)氣相沉積法、掩模板外延沉積法和熔融升華法等。其優(yōu)點(diǎn)是可以獲得更高純度的有機(jī)半導(dǎo)體晶體，不需要有機(jī)溶劑，不存在溶劑污染，并且適用于不溶解和溶解性差的有機(jī)半導(dǎo)體。其缺點(diǎn)是能量消耗大、成本較高。在本書第3章中，詳細(xì)介紹了一維有機(jī)單晶材料的特性、制備方法及其應(yīng)用前景。 1.1.2二維有機(jī)晶體 二維有機(jī)晶體為單分子層或數(shù)個(gè)分子層的有機(jī)分子通過(guò)弱相互作用（范德瓦耳斯力、π－π相互作用、氫鍵、偶極-偶極相互作用等）周期性排列形成的二維薄膜。作為一種新興的材料，二維有機(jī)晶體兼具薄膜和單晶的優(yōu)點(diǎn)，既具有大面積、易集成的優(yōu)勢(shì)，又具備結(jié)構(gòu)上長(zhǎng)程有序、缺陷少、無(wú)晶界的優(yōu)勢(shì)，因此受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。但是，如何低成本、大面積地制備二維有機(jī)晶體仍然是巨大的挑戰(zhàn)。目前已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的制備方法主要包括自組裝法、受控組裝法、外延法及機(jī)械剝離法等。 自組裝法是通過(guò)相鄰的有機(jī)分子之間的非共價(jià)鍵相互作用來(lái)自發(fā)形成穩(wěn)定的二維有機(jī)晶體的方法。該方法主要包括溶液自組裝法、空間限域自組裝法及層控自組裝法。其中，溶液自組裝法具有低成本、簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于所選擇的分子結(jié)構(gòu)有著苛刻的要求，只有少數(shù)分子可以通過(guò)該方法生長(zhǎng)。而空間限域自組裝法利用水作為液體基底，消除了固態(tài)基底咖啡環(huán)效應(yīng)的不利影響，且獲得的晶體可以被轉(zhuǎn)移至任意基底。層控自組裝法利用丙三醇作為黏性基底，具有大的表面張力與黏性，有機(jī)半導(dǎo)體液滴不但鋪展好，且不容易流動(dòng)。并且該方法可以通過(guò)改變丙三醇與水的比例等條件來(lái)制備層數(shù)可控的二維有機(jī)晶體。 受控組裝法主要包括溶液剪切法、棒涂法等。該方法除了利用有機(jī)分子在溶劑揮發(fā)的過(guò)程中自身的π-π相互作用、氫鍵、范德瓦耳斯力等非共價(jià)鍵相互作用外，還通過(guò)成膜工具施加外力促使有機(jī)半導(dǎo)體分子在二維方向上結(jié)晶生長(zhǎng)。在受控組裝過(guò)程中，基底和成膜工具之間進(jìn)行可控的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可獲得沿運(yùn)動(dòng)方向生長(zhǎng)的大面積二維有機(jī)晶態(tài)膜。 在本書第4章中，詳細(xì)介紹了二維有機(jī)半導(dǎo)體晶體的特點(diǎn)、生長(zhǎng)理論、制備策略及應(yīng)用前景。 1.1.3低維共軛高分子 共軛高分子薄膜具有良好的溶液加工性，是目前共軛高分子器件制備及應(yīng)用的主要載體。相比于有機(jī)小分子材料，共軛高分子材料可以看作是由多個(gè)小分子結(jié)構(gòu)基元通過(guò)共價(jià)鍵連接起來(lái)的大分子材料體系，具有分子量大、分子量分布分散、分子間相互作用復(fù)雜等特征。 相比于低維無(wú)機(jī)及有機(jī)小分子材料，低維共軛高分子材料的研究相對(duì)落后，高度有序的低維共軛高分子晶態(tài)材料的制備更是高分子科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)難題。目前制備一維共軛高分子晶態(tài)材料的方法主要包括溶液自組裝法、拓?fù)浠瘜W(xué)聚合法及模板限域生長(zhǎng)法。溶液自組裝法簡(jiǎn)單、常用，可以獲得一定程度結(jié)晶的一維共軛高分子晶態(tài)材料。但多種因素，如溶劑種類和純度、溶液的濃度等，均會(huì)影響結(jié)晶質(zhì)量。拓?fù)浠瘜W(xué)聚合法無(wú)需反應(yīng)溶劑，環(huán)境友好，反應(yīng)活化能低，產(chǎn)物純度高，無(wú)誘導(dǎo)期，具有明顯的立體和區(qū)域選擇性，產(chǎn)率較高，可以制備大尺寸高分子晶體，但只適用于部分材料體系。模板限域生長(zhǎng)法通過(guò)設(shè)計(jì)限域模板獲得陣列化的共軛高分子晶體。 二維共軛高分子晶態(tài)材料的制備方法主要包括溶劑熱法、電化學(xué)聚合法及界面催化偶聯(lián)法。溶劑熱法的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，適用于多種材料體系，可用于大量材料的制備。溶劑熱法合成的多為非共軛結(jié)構(gòu)的二維高分子材料，面內(nèi)電荷傳輸特性普遍較差。電化學(xué)聚合法反應(yīng)時(shí)間短，可在室溫下進(jìn)行，不借助催化劑，膜厚可控，但材料體系適應(yīng)面較窄。界面催化偶聯(lián)法可以有效控制材料厚度，真正獲得單層或少數(shù)幾層的二維聚合物，但需要借助超高真空系統(tǒng)，制備成本昂貴，條件苛刻，所制備的二維共軛高分子尺寸較小。 經(jīng)過(guò)幾十年的不斷研究，從分子結(jié)構(gòu)本身特性出發(fā)，結(jié)合對(duì)共軛高分子組裝過(guò)程中動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)等因素的調(diào)控，一些新型低維共軛高分子晶態(tài)材料被不斷地制備出來(lái)，并且在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（organic field-effect transistor，OFET）器件及傳感等領(lǐng)域顯示了應(yīng)用前景。有關(guān)低維共軛高分子晶態(tài)材料的詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)第6章。 1.1.4低維共軛配位配合物 金屬有機(jī)材料或者金屬有機(jī)框架（metal organic frameworks，MOFs）材料是由金屬離子與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵形成的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在MOFs的有機(jī)配體中，一些共軛的有機(jī)配體能夠通過(guò)雜原子（N、S或者O等）與過(guò)渡金屬離子（Ni、Co、Cu、Pd等）發(fā)生平面配位，配體的π電子進(jìn)入金屬離子的d軌道，形成π－d共軛的共軛配位聚合物（conjugated coordination polymers，CCPs），其也可以稱為共軛金屬有機(jī)材料（conjugated metal organic materials，CMOMs）。絕大多數(shù)的MOFs具有三維的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而CCPs則為一維鏈或者二維平面聚合物，并且具有較強(qiáng)的分子間π－π和π－d相互作用。CCPs外觀形貌上通常表現(xiàn)為低維的結(jié)構(gòu)，如一維納米線或者二維納米片。通過(guò)選擇不同的有機(jī)配體和金屬離子，可以方便地調(diào)節(jié)CCPs的電子結(jié)構(gòu)和維度。CCPs作為MOFs的一個(gè)分支，不僅具有傳統(tǒng)MOFs的諸多優(yōu)勢(shì)，如比表面積大、結(jié)構(gòu)多樣、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)，還具有較高的電導(dǎo)率和剛性的骨架結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。 目前CCPs的合成方法可以分為以下兩種：溶劑熱法和界面生長(zhǎng)法。溶劑熱法的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)物易得，是合成傳統(tǒng)金屬有機(jī)材料*常用的方法。但溶劑熱法的材料生長(zhǎng)方向難以控制，因此往往得到微晶粉末。界面生長(zhǎng)法包括氣/液界面法和液/液界面法，界面提供了二維生長(zhǎng)空間，促使材料在二維平面內(nèi)生長(zhǎng)，易于獲得二維結(jié)構(gòu)。此外，界面生長(zhǎng)法制備的薄膜材料易于轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底和電極上，方便制備器件。 CCPs具有結(jié)構(gòu)多樣性，在半導(dǎo)體器件、超導(dǎo)體、自旋電子、催化、熱電、電化學(xué)儲(chǔ)能、氣體傳感等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。有關(guān)低維共軛配位聚合物的內(nèi)容在第7章中有詳細(xì)介紹。 1.1.5單分子層材料 單分子層材料是指有機(jī)分子通過(guò)物理或化學(xué)吸附作用自發(fā)地在基底表面形成的排列有序的分子集合體。一般來(lái)說(shuō)，基于分子層的分子結(jié)通過(guò)自組裝單分子層（self-assembled monolayer，SAM）或Langmuir-Blodgett（LB）方法得到。SAM是由溶液或氣相中的分子形成的有機(jī)聚集體，通過(guò)錨定基團(tuán)附著在固體表面。它對(duì)基底表面的修飾作用尤為重要，目前采用的基底主要包括金屬基底（如Au、Ag、Pt、Cu等）、半導(dǎo)體基底（如GaAs、InP、CdSe、ZnSe等）及氧化物基底（如Al2O3、TiO2、SiO2等）。其中，金屬薄膜基底易于制備，且與許多表面分析和光譜/物理表征技術(shù)兼容，是共價(jià)連接SAM的常用材料。在LB技術(shù)中，當(dāng)兩親分子（如表面活性劑或納米顆粒）與水接觸時(shí)，親水部分浸入水中而疏水部分暴露于空氣中，在空氣/水界面有序排列形成LB膜。經(jīng)過(guò)逐漸壓縮膜在水面上的占有面積，得到具有所需表面壓力和粒子密度的分子膜。通常基底都經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，表面呈現(xiàn)疏水性或親水性，并通過(guò)浸漬法將分子膜轉(zhuǎn)移到基底上。該方法的優(yōu)勢(shì)為：①可以精確控制分子膜厚度和組裝密度；②大面積均勻沉積；③適用于多種基底；④能夠構(gòu)建多層LB膜，不限于單分子層；⑤有潛力在常規(guī)材料和生物材料之間建立兼容界面以促進(jìn)生物應(yīng)用。 電子設(shè)備小型化的*終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)原子或分子尺度器件。分子電子學(xué)是克服傳統(tǒng)微電子技術(shù)瓶頸的重要手段。分子層的質(zhì)量在器件性能中起著主導(dǎo)作用，高質(zhì)量分子器件的成功制備，使得系統(tǒng)地分析真實(shí)的電荷輸運(yùn)特性成為可能，有希望成為下一代電子學(xué)的支柱。單分子層電學(xué)器件的構(gòu)筑與應(yīng)用在第13章中有具體介紹。 1.2基于低維分子材料的器件 1.2.1光探測(cè)器件 光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，在污水凈化、紅外遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、圖像傳感、疾病監(jiān)控及天文探索等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。區(qū)別于太陽(yáng)能電池，光電探測(cè)器的*終目標(biāo)是光電流信號(hào)的輸出，而不是電能輸出。目前市場(chǎng)上主導(dǎo)的光電探測(cè)器以無(wú)機(jī)材料為主（如Si、ZnS、PbS、GaN等），但是無(wú)機(jī)光電探測(cè)器存在制備工藝較復(fù)雜、成本高、柔性差等問(wèn)題，限制了其在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。而有機(jī)材料具有可溶液加工、輕薄柔韌的特點(diǎn)，有望和無(wú)機(jī)光電探測(cè)器形成互補(bǔ)，在大面積、柔性電路等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。 光電探測(cè)器可以分為三大類：光電二極管、光電半導(dǎo)體和光電晶體管。其中光電二極管和光電半導(dǎo)體均為兩端器件。在光電二極管中，激子在p-n結(jié)界面處分離產(chǎn)生光電流。勢(shì)壘的存在僅允許少量熱載流子通過(guò)p-n結(jié)，因而暗電流較低，有助于實(shí)現(xiàn)高光敏度。但是，p-n結(jié)勢(shì)壘的存在阻斷了載流子的再循環(huán)，即光電二極管中每吸收一個(gè)光子*多產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)，因此外量子效率不超過(guò)100%，增益不超過(guò)1，所以大多數(shù)基于光電二極管的設(shè)備都顯示出較低的響應(yīng)度。而在光電半導(dǎo)體器件中，電極可以注入額外的載流子，因此其外量子效率可以超過(guò)100%，增益可以大于1，可以獲得較高的響應(yīng)度。但是，歐姆接觸會(huì)導(dǎo)致較大的暗電流，從而降低器件的光敏度和比探測(cè)率。光電晶體管中采用和OFET一樣的器件結(jié)構(gòu)，用柵電極來(lái)控制溝道的電導(dǎo)率，器件中產(chǎn)生的光電流來(lái)源于激子分離直接產(chǎn)生的光電流和通過(guò)柵極電壓調(diào)控的場(chǎng)效應(yīng)電流，電流放大作用極大地增加了光電晶體管中的光電流。同時(shí)，利用柵電壓的調(diào)控，可以獲得低暗電流和高的響應(yīng)度，即獲得高比探測(cè)率。因此，光電晶體管在光探測(cè)領(lǐng)域是一種非常有前途的器件結(jié)構(gòu)。以有機(jī)晶體作為活性層制備的光電探測(cè)器在激子擴(kuò)散和載流子傳輸上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是制備光探測(cè)晶體管器件的優(yōu)異載體。如文獻(xiàn)報(bào)道，基于高質(zhì)量的一維全氟酞菁銅（hexadecaflfluorophthalocyaninatocopper，F(xiàn)16CuPc）單晶帶制備的光電晶體管*大開(kāi)關(guān)比為，相比其光開(kāi)關(guān)器件高出近兩個(gè)數(shù)量級(jí)[3]。基于二維超薄晶體的光電晶體管的溝道載流子可以通過(guò)柵電壓完全耗盡，從而可獲得超高的靈敏度。例如，基于n型有機(jī)半導(dǎo)體呋喃-噻吩喹啉化合物（TFT-CN）的二維單晶的光電晶體管展現(xiàn)出了極低的暗電流（0.3pA）和超高的比
低維分子材料與器件 作者簡(jiǎn)介
胡文平，天津大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”入選者，教育部“”特聘教授，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者。1993年本科畢業(yè)于湖南大學(xué)化學(xué)化工系，1996年在中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲得碩士學(xué)位，1999年在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所獲得博士學(xué)位。同年，在日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）的資助下，赴日本大阪大學(xué)太陽(yáng)能化學(xué)研究中心工作；2001年，在德國(guó)洪堡基金的資助下赴德國(guó)斯圖加特大學(xué)物理研究所工作；2003年4月加入日本電信電話株式會(huì)社（NTT），同年9月底入選中國(guó)科學(xué)院”百人計(jì)劃“歸國(guó)，入職中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所。現(xiàn)任天津大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)。 主要從事有機(jī)半導(dǎo)體材料與場(chǎng)效應(yīng)器件的研究，在新型有機(jī)高分子半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)合成、有機(jī)半導(dǎo)體晶體、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和有機(jī)電路方面開(kāi)展了系統(tǒng)的創(chuàng)新研究，在Nature及其子刊、Science及其子刊、Adh. Mater、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Phys.Rey:Ler.等期刊上發(fā)表SCl論文600余篇，被SCI引用4萬(wàn)余次（H因子為98）。以完成.人先后獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、天津市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，以及國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目學(xué)術(shù)帶頭人等諸多榮譽(yù)。
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