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有机功能材料微纳结构制备与应用

已有 721 次阅读 2019-10-15 11:18 |系统分类:科研笔记

有机功能材料一般是指具有π电子体系,具备特殊光、电、磁性质的有机光电材料,通常可分为有机聚合物和有机小分子两大类。目前有机功能材料在显示、发光等工业领域已有广泛应用。与无机材料相比,有机分子之间通过范德瓦耳斯力、分子之间的静电作用、氢键以及π-π 相互作用等弱相互作用力结合,这些弱相互作用力赋予了它们在固态甚至溶液状态下特殊的性质。有机分子可以方便地通过化学修饰来调控甚至改变有机功能材料分子本身的性质,这使得有机功能材料具有结构上的丰富性和功能上的多样性。从生产加工的角度来看,有机功能材料具有轻便、低成本、可实现柔性以及大规模加工等特点。


由于有机分子主要通过弱的分子间范德瓦耳斯力聚集形成材料,因此多表现为电学惰性。在20 世纪70 年代,Heeger、MacDiarmid 和Shirakawa三人发现适当的掺杂可以明显提高聚乙炔的导电性,从此打破了有机物不导电的认识壁垒,他们也因此项开创性的工作共同获得2000 年的诺贝尔化学奖。有机电子学这一新兴学科基于有机半导体材料逐步建立起来,有机功能材料也获得了蓬勃发展。
 
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图1 有机功能材料的研究方法
 
功能材料的最终应用是具有某些特定物理结构的器件,通过不同的器件组装方法可以得到不同类型的器件。纳米科学技术的兴起与发展对社会经济发展以及人类的生产生活都产生了重要影响。随着表征技术的不断提高,“纳米”已经渗透到物理、化学、材料、电子学、生物、医学等多个学科,发展出许多新兴的研究分支。微纳加工技术在硅基半导体电子学中已有广泛的应用,精准的微纳加工技术使得硅基器件与芯片的尺寸越来越小,器件的集成度也越来越高。有机功能材料在纳米尺度所表现出的特殊性质也使得对有机功能材料微纳结构的研究成为热点。这一研究领域是一个高度学科交叉的领域,涉及合成化学、材料物理、微纳加工以及微电子学等多个学科。基于有机功能材料的微纳器件也在近期的研究中大放异彩。有机功能材料的可溶液加工特性催生出一系列新型微纳加工手段,如旋涂法、提拉法、打印法、模板法以及卷对卷法等,大大丰富了有机材料的加工方法和器件结构,对于更深入地对有机功能材料进行基础研究与实际应用都有重要的意义。
 
640.webp (10).jpg 图2 有机功能材料的若干微纳加工方法
 
有机功能材料微纳结构制备与应用结合大量文献资料,以有机功能材料为基础,首先从有机功能材料的化学结构、分子间相互作用出发,详细阐述了有机功能材料在最近几十年的发展,总结了分子结构、分子间相互作用以及器件效率之间的相互关系。随后,以微纳加工方法为中心,为读者介绍了有机微纳结构的各种制备方法,以及分子间相互作用在溶液法制备有机微纳结构中的影响,总结了有机微纳结构的生长机理与结构调控方法。紧接着介绍了有机微纳结构的功能化后修饰方法以及阵列化方法,这些都是有机功能材料进行大面积溶液加工的基础。最后,以有机功能材料的器件加工与应用为主线,介绍了有机微纳结构的各种器件应用。本书共九章,各章节之间以“有机微纳结构”为中心,以“有机功能材料”贯穿全书,从基础理论知识介绍到最新前沿进展,对有机功能材料以及微纳结构这一领域的发展历程和发展方向进行了全面而深入的论述,体现了多学科知识的交叉与融合。希望本书能为读者带来一些益处与启发。
  
 
本文摘编自裴坚、王婕妤等编著的《有机功能材料微纳结构制备与应用》一书。

作者简介
 
裴坚 北京大学教授,博士生导师,教育部“长江学者”特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者。系我国有机共轭半导体材料领域在国际上具有重要影响的研究者,在有机高分子半导体材料的合成、聚集态行为和规律研究、器件化与产业化方面开展了深入、系统的研究。在基础科研领域发表SCI收录文章250余篇,他引超过10000次,获中国、美国、日本等国家授权发明专利10项。曾获教育部自然科学奖一等奖、北京市科学技术奖二等奖、第五届中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖、第三届中国化学会-赢创化学创新奖,入选英国皇家化学会会士。



王婕妤 北京大学副教授,国家优秀青年科学基金获得者。2009年于北京大学化学与分子工程学院获博士学位,主要从事新型有机光电功能材料的合成、组装及器件化研究。在国内外重要期刊发表SCI论文80余篇,参与撰写英文专著2部。曾获中国化学会青年化学奖、教育部自然科学奖一等奖、北京市科学技术奖二等奖。



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本书重点阐述有机功能材料微纳结构的制备与应用。紧扣这一主题分以下几部分内容重点介绍:有机功能材料简介;有机功能材料各种分子间弱相互作用力;有机微纳结构制备方法;溶液法制备有机微纳结构的生长机理及结构调控;有机微纳结构功能化后修饰;有机微纳结构阵列化方法;有机微纳结构应用;总结与展望。各部分之间以“有机功能材料”贯穿,从基础理论知识介绍到最新前沿进展总结,对有机功能材料微纳结构这一领域的发展历程进行较为全面的综述。


(本期编辑:王芳)


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1 贾玉玺

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