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噻吩类化合物的自组装结构研究

袁慧珍  
【摘要】:近年来,噻吩、寡聚噻吩和聚噻吩以其优异的电子性质、传输性质和大气环境下的高稳定性,在光电二极管、场效应管、有机薄膜晶体管以及光伏电池等材料方面的潜在应用逐渐备受人们关注,为使这类新型的光电聚合物材料能走向实用化,需要进一步改善并提高它们的光电特性及其他性能。在分子水平上控制共轭分子的排列对于所构造的分子电子器件的特性和接下来应用有积极的意义,因此吸引了许多研究者在不同的分子尺度上对噻吩的结构进行探索。目前大多数研究集中在带支链的聚噻吩、反应温度、单一溶剂以及不同的基底等条件对组装结构的影响,而对不带支链的聚合物、组装结构的形成机理、混合溶剂的影响以及由手性分子组装形成手性结构的研究相对较少。本文以聚噻吩的自组装结构为中心,围绕载体、溶剂、噻吩主链结构等因素对聚噻吩结构的影响,具体开展了如下研究工作: (1)考察了溶剂对噻吩组装结构的影响。以α,ω-二己基-六联噻吩和α-六联噻吩为例,采用原子力显微镜作为主要表征手段,分别选用氯仿、四氢呋喃、甲苯和苯为溶剂,通过控制噻吩的浓度,研究聚噻吩分子在云母表面上自组装结构的变化,并将所得结果进行比较。推测出溶于不同溶剂中的α,ω-二己基-六联噻吩在云母片上的自组装机理,得出结论α,ω-二己基-六噻吩在云母上的自组装过程与溶剂的极性密切相关,且该噻吩分子总是在溶剂化的云母表面以30°倾斜角进行吸附,我们也提出了相应的组装模型。通过这些研究可以提高对单分子膜形成过程的分子动力学的理论模型的认识,也有望拓展聚噻吩在光电系统应用中的范围。 (2)利用无手性的α-六联噻吩分子,在有机溶剂与基底的相互作用下,成功的制备了具有螺旋结构的纤维;同时也研究了不同极性混合溶剂对2,2':5',2"三联噻吩、3,3'''-二十二烷基-2,2':5',2":5",2'"-四联噻吩纳米纤维制备的影响,并得到了制备这两种噻吩纤维的最佳条件。利用控制溶剂影响聚噻吩纤维的形成,为聚噻吩在有机半导体上的发展提供了参考。 (3)采用扫描隧道显微镜技术(STM)研究了a,ω-二己基六联噻吩在Au(111)表面的吸附结构。STM结果表明,非手性的α,ω-二己基六联噻吩在Au(111)表面上组装形成了大范围有序的单层结构,其中有两种互成左右手对称的结构区域,这两个结构区域以Au(111)表面的121方向为对称轴。分子在两种结构区域中的排列方式一致,噻吩分子都呈伸展状排列并且所有的噻吩分子之间相互平行排列,烷基链以尾对尾的方式排列在噻吩骨架之间,其噻吩骨架沿着Au(111)表面与110方向成5.4±0.6°的角度伸展,而烷基链沿Au(111)面上偏离110方向17.4±0.6°的角度吸附。α,ω-二己基六联噻吩分子在Au(111)表面上形成了(8×4√3)R30°的结构单元,每个单元中有一个a,ω-二己基六联噻吩分子,其表面浓度为3.59×10-11 mmol cm-2。


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