[发明专利]一种用液相化学反应法制备有机微纳结构及原位图案化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用液相化学反应法可控制备有机微纳结构及原位图案化的方法，属于有机微纳结构技术领域。

背景技术

近几十年来，纳米科技方兴未艾。与传统的块体及单体溶液相比，因为金属及无机半导体微纳材料具有许多优异的物理及化学性能，由此受到了研究者的日益关注，并催生了极为广泛的应用前景。迄今为止，科学家已成功实现了许多金属和无机半导体纳米材料尺寸和形貌的可控制备，并发现这些材料的电子结构及性能往往具有尺寸及形貌相关性。与此同时，与无机材料相比，有机材料也具有其不可比拟的优势，比如结构可裁剪性、可塑性及低成本易得的原料等，这使得有机微纳材料方面的研究迅速成为微纳材料研究内容中的一个重要的热点领域，同时也拓宽并丰富了微纳材料的研究范畴。更为引人注目的是，有机半导体的微纳结构所展示出来的独特的光电性能也使其成为下一代显示器，集成电路，太阳能电池，传感器，信息存储，集成光子学等领域的重要研究对象。

多年来的研究已经证明，由于有机分子相互之间的作用主要依靠弱的范德华力、氢键、π-π相互作用等作用力相结合，对有机化合物光电性质起决定性影响的不是半导体和金属晶体中的Wannier激子，而是Frenkle激子或“过渡”有机分子半导体中的电荷转移(charge-transfer CT)激子。因此，有机化合物构成的功能器件不仅依赖于其本身的分子结构，还在一定程度上强烈地依赖于其在微纳尺度上的组装结构。也就是说，在有机纳米器件中，有机分子的形貌、结构、组装形式都将在很大程度上影响其性能，因此如何实现有机微纳材料的可控制备，实现大规模有序或者原位自组装也逐渐成为当今的亟需解决的技术问题之

在目前的有机微纳材料的可控制备技术方法中，常见的有：1.对基底修饰后的物理气相传输或者化学气相传输；2.利用软硬模板(表面活性剂胶束或者阳极氧化铝模板)对有机分子的组装进行调控；3.利用再沉淀(常温或者高温)方法对有机微纳结构的生长进行热力学或者动力学调控；4.借助其它的有机分子间的弱作用力来实现有机分子的协同自组装形成微纳结构。这些方法已经在有机微纳结构的制备中得到了有效的应用，但仍然存在一定的局限性。例如：方法1需要原料有一定的对热稳定性，同时所需要的装置也复杂，能耗高，原料利用率不高，不经济；方法2，3，4都需要原料分子在溶剂中有一定的溶解度以方便进行液相加工。因此，对那些光电性能好，但溶解度不满足液相低成本、低能耗加工的有机光电分子的纳米结构制备及其原位图案化造成了挑战，同时也限制了对其内在科学问题的研究和大规模的器件制备应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用液相化学反应法制备有机微纳结构以及原位反应图案化的方法。

本发明的主要方案是利用还原法制备有机分子的阴离子自由基盐，然后再通过氧化法将有机分子的阴离子自由基盐氧化成具有一定结构的原物质。

本发明提供的液相化学反应法制备有机微纳结构方法，步骤如下：

(1)利用还原反应制备有机分子的阴离子自由基盐，并将其制成溶液；

(2)配置好含氧化剂的溶液，移取步骤(1)的阴离子自由基盐溶液注入到含有氧化剂的溶液中，氧化剂的量使阴离子自由基充分氧化，搅拌或超声使之充分混合，然后避光静置，进行反应；

(3)反应结束后，洗涤，可以得到一维或二维的有机微纳结构。

上述步骤(1)中目前可适用的有机分子主要为常见的N型半导体材料，例如优选：全氟代金属酞菁类化合物(fluorinated metal phthalocyanine)，氰基苯醌类化合物(TCNQ，F₄-TCNQ)，富勒烯类化合物(C₆₀，C₇₀)，苝酰亚胺(Perylenediimide)及其衍生物(包括进行N位取代的苝酰亚胺以及腰位卤代的苝酰亚胺(halogenated perylenediimide))，采用常规的液相一步还原法制得相应有机分子的阴离子自由基盐或者溶液；步骤1中所述的溶液，其溶剂为乙腈、四氢呋喃等。

步骤(2)中，所述含氧化剂的溶液，其溶剂一般为醇类、水或者与自由基盐溶液相同的溶剂(乙腈、四氢呋喃等)，氧化剂为饱和氧气、三氯化铁溶液、双氧水、铁氰化钾，氧化剂的用量为确保使阴离子自由基盐充分氧化，同时若增大氧化剂的浓度，则可加快阴离子自由基被氧化零价单体的速率。搅拌或超声时间优选30s～1min，静置时间优选30min～4h。