图1 环三苯胺二聚体有机微纳晶的研究

晶体的各向异性，是分子材料的本征性能之一。但有机晶体多数以微纳晶的形式存在，因而其各向异性的研究一直是个挑战性的课题。针对这一挑战性课题，研究人员控制合成了一种并五苯类似物的六角状微纳单晶，采用单个六角微晶，利用有机纳米线模板法，在单个微晶上分别构筑了4个和6个电极，利用单个微纳晶成功实现了各向异性传输特性的研究，获得了晶体沿不同晶面、不同晶向传输的迁移率，其沿c轴的迁移率最高达1.8 cm²V^-1s^-1 ，开关比>10⁷，各向异性比在2－2.5。结果证实：分子堆积越紧密、分子间作用力越强，迁移率越高。相关结果为分子材料的调控合成提供了直接的实验依据(Adv. Mater. 2009, 21, 4492-4495)。

　　图2 有机微纳晶的各向异性研究

此外，他们还控制合成了一种新型蒽化合物，二苯乙烯蒽的微纳单晶，采用有机单晶微纳线模板法制备了其高性能的场效应晶体管，其最高迁移率达到4.3 cm²V^-1s^-1。利用这种高性能微纳单晶场效应晶体管制备了高性能的反相器，其最大增益达到80。最后，研究了单晶的传输特性表现出各向异性的特点，沿a轴和b轴方向的迁移率比在1.5-1.95 (μ_a/μ_b)。这项研究，为高性能单晶分子电路的研究奠定了基础。相关结果发表在Adv. Mater. 2009, 21, 3649-3653上。

　　图3 高性能微纳单晶场效应晶体管制备了高性能的反相器

在有机微纳晶控制合成和高性能器件研究的基础上，研究人员利用CuPc, F₁₆CuPc 和SnO₂:Sb单晶纳米线，实现了复杂纳米逻辑电路的构筑。这些电路显示出良好的稳定性、较高的响应特性和很低的功耗(<40 pW)。这种由下而上的制备单晶纳米电路的技术和良好的性能，为有机单晶在分子纳米电路中的应用打下了基础。相关结果发表在Adv. Mater. 2009, 21, 4234-4237上，并被选为当期的封面文章。

　　图4 有机微纳晶的逻辑电路研究

在小分子材料成功研究的基础上，他们和高分子物理与化学国家重点实验室、美国加州大学圣巴巴拉分校合作，开展了共轭高分子微纳晶的研究。通常，共轭高分子形成无序的薄膜，这导致高分子膜的迁移率较低、获取高分子本征性能、评价高分子困难。他们采取控制组装的方法，获得了聚苯乙炔高质量的单晶纳米线。首次对共轭高分子纳米线的晶态结构、分子堆积进行了解析。证实聚苯乙炔纳米线是一种正交晶系，晶格参数a,b,c分别为13.63 ？, 7.62 ？, 5.12 ？。在纳米线内，分子链沿着纳米线的长轴方向堆积、侧链垂直基板排列。进而，他们采用纳米线模板法构筑了聚苯乙炔纳米线的场效应晶体管。晶体管的研究结果显示，其场效应迁移率在10^-2 cm²/Vs，最高达到0.1 cm²/Vs，比同等条件下其薄膜的场效应迁移率搞3-4个量级。这些研究结果，为揭示共轭高分子的本征性能，构筑高性能分子纳米器件、推动其应用奠定了基础。相关结果发表在J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17315-17320上。

　　图5 共轭高分子微纳晶的研究

　　有机固体院重点实验室