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有机场效应材料的分子设计获进展 已有3人参与
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有机场效应材料引起了人们广泛的关注，一方面是由于技术应用的刺激，非晶硅的迁移率达到0.1-1 cm2/(V s), 多晶硅达到10 cm2/(V s)以上，在一些例子中，有机小分子真空蒸镀的达到17.2 cm2/(V s)，溶液旋涂的达到31.3 cm2/(V s)，在一些高分子体系中也达到10.5 cm2/(V s)，由单晶直接来做的也达到15-40 cm2/(V s)，随着碳电子学的发展，一些数值仍在刷新中；一方面是由于分子设计的要求，有机分子种类繁多，结构多样，做了那么多，没有一个理性的设计思路显然是不成的，合成的随意性问题比较突出。这两方面的考虑，使得我们必须静下心来，好好梳理一下。 美国斯坦福大学的鲍哲南课题组最近在JACS上发表了长达23页的Perspective文章，系统地阐述并总结了有机场效应材料的分子设计思路。这个文章可以说是鸿篇巨制，看得人心潮澎湃，有一种醍醐灌顶，酣畅淋漓的感觉，下面就简单发表一下读后感，为了便于读者理解，我分三个部分汇报。 （1）行文逻辑：这篇文章内容长，牵涉广，一共引用了303篇文献，旁征博引，对于初学者来说很难消化吸收，所以这里简要说一下行文的逻辑。首先作者的角度是站在现在看过去，有点像写历史故事的味道，归纳总结很多具体事例，所以看的时候可以先略去事例，熟悉这个领域工作的人，一看就知道是一些经典文献，涉及的化合物也都是里程碑式的明星分子。文章主要分两大部分，一种是化学家的思路，一种是物理学家的思路。化学家的思路就是怎么结构修饰，变换基团的问题；物理学家的思路就是改进器件工艺，界面接触的问题。其实去看文章的人就会知道，还有一部分就是理论计算辅助分子设计的部分，因为这个也是思考结构修饰的问题，其实可以归属为化学家的思路，实际做这项工作的也基本都是理论化学家。 （2）化学家的思路：这显然是论文的重点。前面说了结构修饰，那么问题就变成怎么结构修饰呢？作者枚举论证了一些重要的方法，比如芳环拓展效应、杂原子取代、核修饰变换、侧链调节等等，这些方法也不都是作者想出来的，而是为了改进性能，经过不同课题组实验验证的。比如，核修饰变换也并不是盲目修饰，而是为了引入一些吸电子基团，增加分子的空气稳定性，提高n型半导体电荷传输性能。总之每一个方法的提出都是有窍门在里面，这篇文章也进行详细的阐述。 （3）物理学家的思路：首先需要申明，器件的性能并不只是分子本身决定的，决定的因素非常多，所以光谈结构修饰是不明智的。除了很多综述文章会提到的器件结构和制作工艺以为，解决好界面传输始终是物理学家奋斗的目标。换句话说，化学家总是想合成迁移率高的分子，“挑选好的人才，优中选优”；物理学家总是想营造一个好的氛围，“即使是阿斗也能扶得起来”。这个比喻虽然有点不恰当，但是基本可以说明两种工作方式，这里并不是说物理学家的思路比化学家的思路高级，实际上都是五十步笑百步而已。物理学家，其实主要是材料工程师们会选择改进分子堆积、工艺优化等方法，但是终极的策略是使用单晶来测试性能，因为单晶可以表现出一个化合物的本征性能。 总之这篇文章，系统地总结了有机半导体场效应材料的分子设计理念，给了我们诸多启发，希望相关的老师和同学都来读一读，学一学，少走弯路，多发文章。 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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