氟取代平面共軛大環(huán)分子聚集態(tài)結構的研究.pdf

1、氟取代的有機半導體材料在光電性能和固體結構上表現出與未取代的同類材料不同的特征.有機薄膜的生長、結構的演變及其對光電性能的影響對于以異質結為基礎的若干有機光電器件十分重要.該論文合成和提純了三種典型有機半導體材料的氟取代化合物,分別為十六氟代酞菁鋅(ZnF16Pc),N,N'-二(4-三氟甲基-2,3,5,6-四氟苯基)-四羧基苝酰亞胺(F-PTCDI)和meso-四(2,3,4,5,6-五氟苯基)卟啉鋅(ZnPFTPP).用元素分析、

2、傅利葉變換紅外、核磁共振氫譜和紫外-可見吸收光譜表征了它們的化學結構.用紫外-可見吸改光譜、熒光光譜、原子力顯微鏡、X-射線衍射、掃描電子顯微鏡、偏光顯微鏡等表征手段研究了三種氟取代的平面大環(huán)共軛分子的氣相沉積薄膜的生長方式和分子聚集態(tài)結構. ZnF16Pc分子在石英襯底上的生長基本符合Stransky-Krastanov模型:通過F-原子與石英襯底的強相互作用形成奠基層,發(fā)展成無定型的過渡層,最后形成有序的結晶層.在這三個區(qū)域內分子分

3、別采取"card-packing"、"amorphous accumulation"和"brick-stacking"排列方式.在"card-packing"模式中,分子平面與石英襯底平面成52左右的二面角;在"brick-stacking"模式中,較低溫度下,分子以四方點陣平行排列,點陣常數為14.94A;在300℃的襯底溫度下發(fā)生構象調整,點陣常數減小為14.28A,分子采取更高密度的堆積方式. 從AFM圖像表明在從室溫到200℃的

4、范圍內F-PTCDI薄膜生長遵循Vollmer-Weber生長模型.AFM圖像同時顯示,在200℃的襯底上生長的薄膜具有規(guī)則的晶體外型和有序排列的微疇,說明存在結晶轉變.F-PTCDI薄膜的吸收光譜的(0,0)和(0,1)性狀的強度對比與紅移程度隨襯底溫度的變化清晰地表現出150℃到200℃之間存在一個相變,DSC測試說明該轉變是從低有序到高有序度的轉變.量子化學的計算結果支持氟取代的苯環(huán)嵌入兩個相鄰的苝環(huán)之間的分子堆砌方式,使得在常溫

5、到150℃左右F-PTCDI固體薄膜的紫外-可見吸收光譜的(0,0)和(0,1)性狀的強度對比發(fā)生"反轉";氟取代苯環(huán)的嵌入大大降低激子耦合,使固體吸收光譜性狀與溶液類似.X-射線衍射測試結果有力地證明了F-PTCDI固體薄膜中存在的依賴于溫度的、從無定形到結晶狀態(tài)的轉變. 透射電鏡、掃描電鏡和X-射線衍射研究結果表明:ZnFTPP結晶以球狀微晶存在,容易形成均勻平整的薄膜.循環(huán)伏安方法研究結果證明ZnFTPP比ZnTPP抗氧化性能明顯