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有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)材料的分子設(shè)計(jì)獲進(jìn)展 已有3人參與
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有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)材料引起了人們廣泛的關(guān)注，一方面是由于技術(shù)應(yīng)用的刺激，非晶硅的遷移率達(dá)到0.1-1 cm2/(V s), 多晶硅達(dá)到10 cm2/(V s)以上，在一些例子中，有機(jī)小分子真空蒸鍍的達(dá)到17.2 cm2/(V s)，溶液旋涂的達(dá)到31.3 cm2/(V s)，在一些高分子體系中也達(dá)到10.5 cm2/(V s)，由單晶直接來(lái)做的也達(dá)到15-40 cm2/(V s)，隨著碳電子學(xué)的發(fā)展，一些數(shù)值仍在刷新中；一方面是由于分子設(shè)計(jì)的要求，有機(jī)分子種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，做了那么多，沒有一個(gè)理性的設(shè)計(jì)思路顯然是不成的，合成的隨意性問(wèn)題比較突出。這兩方面的考慮，使得我們必須靜下心來(lái)，好好梳理一下。 美國(guó)斯坦福大學(xué)的鮑哲南課題組最近在JACS上發(fā)表了長(zhǎng)達(dá)23頁(yè)的Perspective文章，系統(tǒng)地闡述并總結(jié)了有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)材料的分子設(shè)計(jì)思路。這個(gè)文章可以說(shuō)是鴻篇巨制，看得人心潮澎湃，有一種醍醐灌頂，酣暢淋漓的感覺，下面就簡(jiǎn)單發(fā)表一下讀后感，為了便于讀者理解，我分三個(gè)部分匯報(bào)。 （1）行文邏輯：這篇文章內(nèi)容長(zhǎng)，牽涉廣，一共引用了303篇文獻(xiàn)，旁征博引，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)很難消化吸收，所以這里簡(jiǎn)要說(shuō)一下行文的邏輯。首先作者的角度是站在現(xiàn)在看過(guò)去，有點(diǎn)像寫歷史故事的味道，歸納總結(jié)很多具體事例，所以看的時(shí)候可以先略去事例，熟悉這個(gè)領(lǐng)域工作的人，一看就知道是一些經(jīng)典文獻(xiàn)，涉及的化合物也都是里程碑式的明星分子。文章主要分兩大部分，一種是化學(xué)家的思路，一種是物理學(xué)家的思路�；瘜W(xué)家的思路就是怎么結(jié)構(gòu)修飾，變換基團(tuán)的問(wèn)題；物理學(xué)家的思路就是改進(jìn)器件工藝，界面接觸的問(wèn)題。其實(shí)去看文章的人就會(huì)知道，還有一部分就是理論計(jì)算輔助分子設(shè)計(jì)的部分，因?yàn)檫@個(gè)也是思考結(jié)構(gòu)修飾的問(wèn)題，其實(shí)可以歸屬為化學(xué)家的思路，實(shí)際做這項(xiàng)工作的也基本都是理論化學(xué)家。 （2）化學(xué)家的思路：這顯然是論文的重點(diǎn)。前面說(shuō)了結(jié)構(gòu)修飾，那么問(wèn)題就變成怎么結(jié)構(gòu)修飾呢？作者枚舉論證了一些重要的方法，比如芳環(huán)拓展效應(yīng)、雜原子取代、核修飾變換、側(cè)鏈調(diào)節(jié)等等，這些方法也不都是作者想出來(lái)的，而是為了改進(jìn)性能，經(jīng)過(guò)不同課題組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的。比如，核修飾變換也并不是盲目修飾，而是為了引入一些吸電子基團(tuán)，增加分子的空氣穩(wěn)定性，提高n型半導(dǎo)體電荷傳輸性能�？傊恳粋�(gè)方法的提出都是有竅門在里面，這篇文章也進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 （3）物理學(xué)家的思路：首先需要申明，器件的性能并不只是分子本身決定的，決定的因素非常多，所以光談結(jié)構(gòu)修飾是不明智的。除了很多綜述文章會(huì)提到的器件結(jié)構(gòu)和制作工藝以為，解決好界面?zhèn)鬏斒冀K是物理學(xué)家奮斗的目標(biāo)。換句話說(shuō)，化學(xué)家總是想合成遷移率高的分子，“挑選好的人才，優(yōu)中選優(yōu)”；物理學(xué)家總是想營(yíng)造一個(gè)好的氛圍，“即使是阿斗也能扶得起來(lái)”。這個(gè)比喻雖然有點(diǎn)不恰當(dāng)，但是基本可以說(shuō)明兩種工作方式，這里并不是說(shuō)物理學(xué)家的思路比化學(xué)家的思路高級(jí)，實(shí)際上都是五十步笑百步而已。物理學(xué)家，其實(shí)主要是材料工程師們會(huì)選擇改進(jìn)分子堆積、工藝優(yōu)化等方法，但是終極的策略是使用單晶來(lái)測(cè)試性能，因?yàn)閱尉Э梢员憩F(xiàn)出一個(gè)化合物的本征性能。 總之這篇文章，系統(tǒng)地總結(jié)了有機(jī)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)材料的分子設(shè)計(jì)理念，給了我們諸多啟發(fā)，希望相關(guān)的老師和同學(xué)都來(lái)讀一讀，學(xué)一學(xué)，少走彎路，多發(fā)文章。 Ref：J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6724−6746. DOI:10.1021/ja400881n |
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4樓2013-05-12 14:25:51
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