兩新性苝酰亞胺(PDI)模板分子的設(shè)計合成及其有機-無機自組裝體系的性質(zhì)研究.pdf

1、無機和有機半導(dǎo)體納米材料經(jīng)常展示出獨特的光、電和磁學(xué)性質(zhì)，而這些性質(zhì)強烈的依賴于納米顆粒的尺寸和形貌。因此，利用有機半導(dǎo)體分子為模板，控制合成所需無機材料的形貌、尺寸和晶體學(xué)取向，制備無機有機混雜納米材料，研究有機與無機組分間的相互作用對混雜體系的光電性質(zhì)的影響，已經(jīng)吸引了不同領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本論文主要包括以下三個方面內(nèi)容:
　　1.以兩親性苝四羧酸二酰亞胺(PDI)作模板，控制制備規(guī)則有序的CdS納米顆粒以及CdS-PDI

2、混雜體系的結(jié)構(gòu)、電子轉(zhuǎn)移和半導(dǎo)體性質(zhì)
　　首次利用結(jié)構(gòu)新穎的兩種N，N位均為親水性的開鏈冠醚取代及一側(cè)為親水性的開鏈冠醚一側(cè)為疏水脂肪鏈取代的兩種苝二酰亞胺化合物（PDI-1和PDI-2）作為有機功能模板材料制備了第一例不同形貌（玫瑰苝狀和苝瓣狀）、尺寸可控(玫瑰苝狀:40，60，80 nm;苝瓣狀:20，30 nm)的硫化鎘納米粒子。并用各種現(xiàn)代手段包括掃描電子顯微鏡(SEM)，高分辨電子顯微鏡(HRTEM)技術(shù)，紫外-可見吸收

3、光譜(UV-vis)，熒光發(fā)射光譜(FL)和X射線衍射光譜(XRD)等對其結(jié)構(gòu)、形貌及半導(dǎo)體性質(zhì)進(jìn)行了全面細(xì)致的表征測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩種CdS納米顆粒均為六方相結(jié)構(gòu)，且分別在PDI-1和PDI-2模板上沿著(111)和(002)晶面優(yōu)勢生長。這與兩種PDI模板分子的構(gòu)型從分子的長軸垂直于亞相表面改變?yōu)槠叫杏趤喯啾砻嬗嘘P(guān)。同時發(fā)現(xiàn)混雜體系中PDI組分的熒光相對于純膜發(fā)生淬滅、熒光壽命變短，證實了混雜體系中存在由PDI分子到無機組分的電子轉(zhuǎn)

4、移現(xiàn)象。CdS-PDI混雜體系的電導(dǎo)率相對于純PDI有極大的提高，且隨顆粒的粒徑的增大而增大。這是因為CdS-PDI混雜膜的致密堆積構(gòu)型和較大的表面積在分子內(nèi)部形成了穿插網(wǎng)絡(luò)，從而消除了電荷傳輸瓶頸。表明混雜材料中兩組分的半導(dǎo)體性質(zhì)有彼此協(xié)同的增效作用。
　　2.有序性ZnS/兩親性苝四羧酸二酰亞胺納米混雜體系的自組裝、電子轉(zhuǎn)移和薄膜場效應(yīng)晶體管性質(zhì)
　　首次利用結(jié)構(gòu)新穎的兩種含有不同數(shù)量羥基取代基的苝二酰亞胺化合物(PDI

5、-OH和PDI-2OH)，以其作為有機功能模板材料制備了形貌相近、尺寸可控（均為15nm的納米顆粒）的硫化鋅納米粒子，并用各種現(xiàn)代手段(掃描電子顯微鏡(SEM)，高分辨電子顯微鏡(HRTEM)技術(shù)，紫外-可見吸收光譜(UV-vis)，熒光發(fā)射光譜(FL)和X射線衍射光譜(XRD))對其結(jié)構(gòu)、形貌及半導(dǎo)體性質(zhì)進(jìn)行了全面細(xì)致的表征測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn):ZnS/PDI-OH混雜材料中制備的硫化鋅為立方相結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢生長方向為(111)晶面方向;ZnS

6、/PDI-2OH混雜材料中制備的硫化鋅為六方相結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢生長方向為(002)晶面方向。這是由于兩種不同模板分子PDI-OH和PDI-2OH在亞相表面聚集結(jié)構(gòu)差異所致。特別地，我們發(fā)現(xiàn)混雜體系中PDI組分的熒光強度淬滅、熒光壽命變短，證實了混雜體系中存在由PDI分子到無機組分的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。此外通過對ZnS/PDI混雜體系的晶體場效應(yīng)測試發(fā)現(xiàn):ZnS/PDI混雜材料中首先表現(xiàn)為n-型薄膜場效應(yīng)晶體管(TFT)性質(zhì)，其電子遷移率為0.018

7、和0.023 cm2 V-1 s-1。在空氣中放置30天后，器件顯示出p-型TFT性質(zhì)，其空穴遷移率均為0.010 cm2 V-1 s-1;用紫外光照射后混雜體系又重新表現(xiàn)為n-型TFT特性，電子遷移率明顯增加，分別為0.13和0.081 cm2 V-1s-1，其為室溫溶液處理法制備的ZnS基有機-無機混雜材料最高的電子遷移率之一。我們進(jìn)一步用異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能帶彎曲理論及氧氣吸附/脫附過程機制對該混雜體系TFT性質(zhì)轉(zhuǎn)化機制進(jìn)行了探究。

8、>　　3.一種制備具有優(yōu)異半導(dǎo)體性質(zhì)的兩親性苝四羧酸二酰亞胺/ZnS納米混合物的簡易方法
　　一種兩親性苝四羧酸二酰亞胺衍生物(N-正己烷-N'-(1-苯基-4-氨基乙醇)-1，7-二（4-叔丁基苯酚）苝-3，4∶9，10-四羧酸二酰亞胺，PDI-OH)的自組裝膜已經(jīng)被用作有機模板制備了單分散的PDI-OH/ZnS納米混合物顆粒。利用紫外-可見(UV-vis)吸收光譜、X射線衍射光譜(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電流-電壓