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近年来,有机纳米材料因为优良的光电性能和在新型器件中的潜在应用受到了人们日益广泛的关注。而如何从有机功能小分子入手,通过有效的制备方法,控制其生长过程、并形成最终特定结构及性能的有机纳米材料,已成为当前纳米材料研究领域的一个热点问题。
本文从有机小分子出发,结合表面活性剂的软模板作用,通过再沉淀法可控制备了不同尺寸及形貌的有机纳米结构,并系统研究了这些特定纳米结构的光电性能。在可控制备过程中,作者同时引入了掺杂技术,将有机纳米材料的研究从单一体系扩展至两相复杂结构,进一步丰富了有机纳米材料的研究内容,并在复杂体系的可控制备及性能研究方面进行了有益的探索。
1.在表面活性剂CTAB的辅助作用下,利用再沉淀法可控制备了两种不同形貌及晶型的二维苝(perylene)纳米片结构。通过简单地改变表面活性剂CTAB的浓度,就能够分别得到正方形及菱形花纳米片。X射线衍射(XRD)测试揭示出正方形及菱形perylene纳米片结构分别归属于perylene晶体的α相和β相。通过分析纳米片的生长过程,我们发现表面活性剂对特定晶面的选择性吸附作用诱导了片状结构的形成,而不同的表面活性剂浓度决定了特定晶型的优势生长。研究结果表明正方形及菱形苝纳米片具有光学性能的形貌相关性,并结合近场光学显微镜(SNOM)技术,发现正方形及菱形苝纳米片分别显示出不同的光波导现象。
2.分别以蓝光发射的1,3-二苯基-2-吡唑啉(DP)和红光发射的4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(p-二甲基氨基-苯乙烯基)-4H-毗喃(DCM)染料为能量给体及受体,在表面活性剂CTAB的辅助作用下,利用再沉淀法,一步制备得到了三段式双组分的一维纳米光学异质结结构。虽然DCM的含量只有0.28%,通过荧光显微镜可以观察到明显的三段式发光结构:中间为DP蓝光段,两端为DP和DCM之间荧光共振能量转移带来的橘黄色发光段,同时不同段之间的界面部分表示出显著的衬度差别。近场光学显微技术(SNOM)对单根纳米棒的微区表征,进一步证实了橘黄色发射的DCM染料能够选择性地沉积在蓝光发射的DP纳米棒两端,促使了三段式掺杂结构的形成。作者测试了三段式纳米棒溶胶的稳态光谱性能,发现当有适量的DCM分子被引入DP主体中,能够获得较亮的白光发射。基于多段式结构生长过程分析,作者推断在表面活性剂CTAB存在的情况下,三段式纳米棒的形成主要由两阶段组成,即初始自诱导模板生长及随后的胶束融合过程。因此,CTAB在该可控生长过程中起了至关重要的作用,导致了最终的三段式纳米棒光学异质结构形成。此外,作者也推断三段式纳米棒的光学波导行为也改善了DP和DCM分子之间发射颜色的混合效果,有利于高质量的白光发射。表面活性剂辅助的液相法提供了一条可行的路线用于制备可发射白光的多段式有机纳米异质结构。
3.以电子给体并四苯(Tetracene)和电子受体C60作为前驱体,利用高温再沉淀的方法,制备了由C60和Tetracene组成的两相微/纳复合结构。通过结构表征发现,该微-纳复合体系由纳米片自组装成三维的玫瑰花状结构构成。XRD、拉曼及红外测试结果表明该花状微一纳结构由Tetracene和C60两种分子组成。同时在该结构中,Tetracene和C60分子间可能存在较强的相互作用,比如π-π作用,导致了纳米片形成三维自组装复合结构。进一步测试该复合结构薄膜的接触角,发现其具有优良的疏水性质,疏水角接近150°。