我们正在经历的21世纪是一个信息量呈几何数量级增长的信息大爆炸时代。尽管科学技术的发展已经使人们能够将数十GB甚至上百GB的信息量存储于指甲大小的存储介质中,但在涉及到需要超大数据量存储的大数据时代背景下,我们现有的信息存储技术还是遇到了不小的瓶颈。如何在单位面积上提高信息的存储密度是一个新兴研究方向,早在2010年,我们课题组首次实现了基于有机小分子的三进制信息存储,为今后超高密度信息存储的实现提供了新方法。本文在本课题组工作基础上,设计合成了13个有机共轭小分子,考察了分子结构与电存储器件性能之间的相互关系,为高密度存储提供新的材料,主要从以下几个方面展开:(1)研究了环状烷基链的空间扭曲效应对分子平面性及电存储器件性能的影响:设计合成了三个以苯并喹啉为核心骨架的分子,通过三个分子中烷基链的空间扭曲效应不同来调节分子平面性并分别研究了三个分子所制得器件的电存储性能。实验结果表明由于三个分子中烷基链的空间扭曲情况不一,扭曲度从环辛基、环己基、甲基依次降低,进而导致三个分子的平面性依次提升。分子平面性的提升有利于器件薄膜中分子间更加紧密π-π堆积的形成,并能有效提高器件薄膜的成膜质量,利于薄膜中载流子的迁移,降低载流子从电极到有机层的注入能垒,导致器件的开启阈值电压随着分子平面性的提升依次降低和ON/OFF电流比的依次升高。该实验结果对后续低功耗电存储材料的设计具有指导意义。(2)研究了分子在薄膜中不同聚集方式对电存储器件性能的影响:设计合成了两个有机小分子,通过调控苯并噻唑单元在分子结构中的取代基位置,来实现分子在薄膜中的聚集方式的改变,实验结果表明,当苯并噻唑取代基在对位时,分子在薄膜中采取H聚集的方式,而当苯并噻唑取代基在间位时,分子在薄膜中采取的是J聚集的排列方式。I-V测试表明,采取H聚集方式的分子所制得的器件的开启电压低于J聚集的分子所制得的器件,这是因为采取H聚集的的分子由于其较大的π-π共轭面,在施加电场时,载流子能迅速有效地在分子间传递,电子的离域能力较强,器件的阈值电压明显降低,本章节的实验结果表明,通过对分子结构的微调来实现分子在薄膜中的聚集方式的改变,能有效的优化器件的性能,尤其是实现器件阈值电压的降低,对进一步设计合成低功耗存储材料有一定的指导意义。(3)研究了末端供电子基团共轭程度的对电存储器件性能的影响:设计合成了三个具有相同吸电子基团的有机小分子,通过改变分子末端供电子基团的共轭程度,来实现器件性能的优化。实验结果表明,基于三个有机小分子制得的电存储器件均表现出了三进制存储行为,但三者的开启电压随着末端供电子基从三苯胺变为咔唑以及蒽,依次降低,这是由于三苯胺基团的空间扭曲无论在薄膜的成膜特性上,还是在D-A之间的共轭程度上都不如咔唑和蒽基团,进一步的理论计算发现,蒽基团与分子骨架间的二面角在三个分子间是最小,其较好的共轭程度也有利于器件开启电压的降低,本章节的研究结果表明,通过微调分子末端供电子基团的共轭程度能有效影响器件的性能,尤其是器件的开启电压,对进一步设计合成低功耗存储材料有一定的指导意义。(4)研究了分子骨架中电荷陷阱数量的调节对器件存储性能的影响:设计合成了三个有机小分子,分子骨架中分别含有一个,两个,三个吸电子基团,考察了分子骨架中吸电子基团的数量对器件性能的影响,再次证实了通过调节分子骨架中吸电子基团的数量来实现器件存储进制的提升是一条可行的策略,为初步提出的“电荷陷阱”理论提供了有力的证据,并且随着三吸电子基团的引入,初步实现了四进制信息存储,为超高密度信息存储的实现提供了可能的依据。(5)研究了含三陷阱有机小分子的设计合成及其四进制电存储性能:本章节在前一章节的基础上设计合成了两个含有三陷阱的有机小分子,考察了所制得的器件的四进制电存储特征,实验结果表明,基于两个有机小分子制得的电存储器件均表现出了一定的四进制WORM型存储特征,该章节进一步验证了电荷陷阱理论在电存储材料设计中的指导意义,提供了新的含三电荷陷阱有机小分子电存储材料。进一步的深入研究正在进行中。