[发明专利]利用水-空气-有机溶剂三相界面制备有机半导体小分子单晶薄膜的方法

说明书

本发明公开了利用水‑空气‑有机溶剂三相界面制备有机半导体小分子单晶薄膜的方法，该方法主要步骤为：1）对容器内壁的表面以及辅助片的表面均作表面疏水处理；2）然后向疏水的容器内注入适当第一溶液，第一溶液形成凸液面，凸液面弧形的边缘与容器内壁之间形成狭缝；将溶有有机小分子的有机溶液加入到狭缝中，将疏水的辅助片缓慢往复插入到第一溶液中，在第一溶液液面张力和辅助片的作用下，有机溶液在第一溶液液面定向铺展，随着机溶剂不断挥发，有机小分子在第一溶液表面沉积形成有机单晶薄膜。在水面张力和外力的作用下就得到大面积、均匀、超薄有机半导体小分子单晶薄膜。

技术领域

本发明属于一种利用水-空气-有机溶剂三相界面制备大面积、均匀、超薄有机半导体小分子单晶薄膜的方法。具体而言，本发明涉及高效快速的制备大面积均匀有机薄膜、自上而下溶剂挥发自组装在三相界面处生长有机小分子单晶薄膜。

背景技术

石墨烯的发现证明了二维原子晶体的存在，在这之前理论认为二维晶体是不存在的，以石墨烯为代表的二维晶体因为其特有的电学性质越来越多的应用到微纳电子学和传感器中。而有机小分子因为“自下而上”的自组装能力、可调控的分子结构使其在生长过程中可以得到大面积的二维分子晶体薄膜。

目前，现有技术已经存在许多使用物理气相沉积（PVT）和溶液挥的方法去制备均匀的有机晶体膜。但PVT方法得到的晶体大多为多晶，晶体质量不高，晶体面积有限，因此使得器件性能大打折扣。而溶液法得到的薄膜虽然晶体质量很高，但大都由晶体带组成，方向性强且均匀性不高。因此通过一种简单且有效的方法，制备生长大面积均匀的二维分子晶体薄膜是十分重要的。

发明内容

本发明利用有机小分子在水-空气-有机溶剂三相接触线处的有序自组装行为，并在水面张力和外加力的辅助生长下，大面积均匀有机薄膜。同时还具有较高迁移率，解决了有机小分子晶体薄膜的面积小不均匀的问题，对于有机晶体薄膜的发展及其在器件上的应用具有重要意义。

为解决有机小分子晶体薄膜的面积小、不均匀、方向性强的问题，本发明提供了一种利用有机小分子在水-空气-有机溶剂三相界面挥发自组装的方法，该方法具备操作简单，普适性强，使用范围广，所获得有机晶体薄膜大面积均匀，晶体质量较好，迁移率较高，光电性能好。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种利用水-空气-有机溶剂三相界面制备有机半导体小分子单晶薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）对容器内壁的表面以及辅助片的表面均作表面疏水处理；

步骤2）然后向疏水的容器内注入适当第一溶液，第一溶液形成凸液面，凸液面弧形的边缘与容器内壁之间形成狭缝；将溶有有机小分子的有机溶液加入到狭缝中，将疏水的辅助片不断的缓慢往复插入到第一溶液中，在第一溶液液面张力和辅助片的作用下，有机溶液在第一溶液液面定向铺展，随着有机溶液中溶剂不断挥发，有机小分子在第一溶液表面沉积形成有机单晶薄膜。

本发明一个较佳实施例中，步骤2）结束后还包括采用转移片将有机单晶薄膜从第一溶液表面转移到目标基底上的步骤。

本发明一个较佳实施例中，转移后的薄膜在恒温密闭的干燥器中缓慢晾干。

本发明一个较佳实施例中，步骤1）中疏水处理为：采用十八烷基三氯硅烷的甲苯溶液浸泡适当时间。

本发明一个较佳实施例中，所述有机溶液中的溶剂与所述第一溶液互不相溶。

本发明一个较佳实施例中，所述第一溶液为水。

本发明一个较佳实施例中，所述辅助片的移动速度，由步进式平移台控制。

本发明一个较佳实施例中，所述辅助片缓慢插入以不引起第一溶液表面可见波纹为准。