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有機場效應(yīng)材料的分子設(shè)計獲進展 已有3人參與
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有機場效應(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，非晶硅的遷移率達到0.1-1 cm2/(V s), 多晶硅達到10 cm2/(V s)以上，在一些例子中，有機小分子真空蒸鍍的達到17.2 cm2/(V s)，溶液旋涂的達到31.3 cm2/(V s)，在一些高分子體系中也達到10.5 cm2/(V s)，由單晶直接來做的也達到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)計的要求，有機分子種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，做了那么多，沒有一個理性的設(shè)計思路顯然是不成的，合成的隨意性問題比較突出。這兩方面的考慮，使得我們必須靜下心來，好好梳理一下。 美國斯坦福大學(xué)的鮑哲南課題組最近在JACS上發(fā)表了長達23頁的Perspective文章，系統(tǒng)地闡述并總結(jié)了有機場效應(yīng)材料的分子設(shè)計思路。這個文章可以說是鴻篇巨制，看得人心潮澎湃，有一種醍醐灌頂，酣暢淋漓的感覺，下面就簡單發(fā)表一下讀后感，為了便于讀者理解，我分三個部分匯報。 （1）行文邏輯：這篇文章內(nèi)容長，牽涉廣，一共引用了303篇文獻，旁征博引，對于初學(xué)者來說很難消化吸收，所以這里簡要說一下行文的邏輯。首先作者的角度是站在現(xiàn)在看過去，有點像寫歷史故事的味道，歸納總結(jié)很多具體事例，所以看的時候可以先略去事例，熟悉這個領(lǐng)域工作的人，一看就知道是一些經(jīng)典文獻，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，變換基團的問題；物理學(xué)家的思路就是改進器件工藝，界面接觸的問題。其實去看文章的人就會知道，還有一部分就是理論計算輔助分子設(shè)計的部分，因為這個也是思考結(jié)構(gòu)修飾的問題，其實可以歸屬為化學(xué)家的思路，實際做這項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。前面說了結(jié)構(gòu)修飾，那么問題就變成怎么結(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的，而是為了改進性能，經(jīng)過不同課題組實驗驗證的。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，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。總之每一個方法的提出都是有竅門在里面，這篇文章也進行詳細的闡述。 （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。換句話說，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)家總是想營造一個好的氛圍，“即使是阿斗也能扶得起來”。這個比喻雖然有點不恰當，但是基本可以說明兩種工作方式，這里并不是說物理學(xué)家的思路比化學(xué)家的思路高級，實際上都是五十步笑百步而已。物理學(xué)家，其實主要是材料工程師們會選擇改進分子堆積、工藝優(yōu)化等方法，但是終極的策略是使用單晶來測試性能，因為單晶可以表現(xiàn)出一個化合物的本征性能。 總之這篇文章，系統(tǒng)地總結(jié)了有機半導(dǎo)體場效應(yīng)材料的分子設(shè)計理念，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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2013-05-09 20:35:55, 2.71 M
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4樓2013-05-12 14:25:51
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