[发明专利]一种制备二维分子单层的方法

说明书

本发明介绍了一种制备二维分子单层的方法，其步骤分为：步骤一：有机分子在空气/水界面预组装；步骤二：将低表面能的有机溶剂与高分子配成的溶液滴在水面上，将漂浮在水表面的有机分子进一步用所述有机溶液压缩以增加堆积密度和膜压力；步骤一中的有机分子溶液的溶质为ODTS、ODPA和DDTS中的一种；步骤一中的有机分子溶液的溶剂是无水的、低表面张力、低沸点的；步骤二中的有机溶剂为低表面能、可挥发的液体；步骤二中在有机溶剂中加入少量的聚合物，避免有机溶剂干燥后被压缩的分子单层反弹；步骤二中使用小分子溶剂作为助剂。本发明的方法制备的二维分子单层可被转移到不同的基材上、可与大面积柔性衬底相兼容、可使得柔性电子器件的性能出现优化。

技术领域

本发明涉及二维分子单层，具体地说是一种制备二维分子单层的方法。

背景技术

近年来，随着石墨烯和其他二维原子材料等无机材料的发现，人们对分子单层的研究兴趣不断增加。由于分子结构的多样性及其可调谐的电子性质，二维有机分子单层被认为是纳米电子和光电子学的重要构建基元。

二维分子单层，由于拥有优异的柔性、多样性的分子结构，其物理、化学等性质具有高度可调控性，在下一代光电、传感和智能科技等领域具有显著的优势与潜力。然而，基于传统液相制备工艺得到的二维分子单层往往体现出小尺寸、多晶相等不利于构筑高性能电子器件的特征。因此，寻找和探索一种灵活的方法以得到大面积、高质量的二维分子单层是目前相关领域面临的一个严峻挑战。

目前制备二维分子单层的方法主要有(1)“液相浸泡法”；(2)“蒸气法”；(3)旋涂法；(4)LB(Langmuir-Blodgett)技术。

“液相浸泡法”和“蒸气法”是最为常用的方法，分子单层在固/气或固/液界面进行原位自组装。然而，在这种方法中，分子和底物表面均须表现出特定的化学基团，以便其进一步发生偶联反应或物理吸附。

在某些情况下，如果溶液的表面张力、溶剂的介电常数和分子浓度合适的话，简单的旋涂和浸涂也可能制得超薄膜甚至分子单层，也就是“旋涂法”，但旋涂法在单层形成过程中使用的有机溶剂会对下底层造成潜在的腐蚀，从而阻碍多层复合结构的实现。

LB技术代表了一种转移由两亲性和疏水性分子组成的分子单层的理想方法，LB技术是将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上得到所需要的的分子单层。

但是LB技术所使用的精密设备限制了它作为化学实验室中有用的研究工具而不是强大的制造技术，LB技术无法制备出大面积甚至晶圆级的分子单层，同时需要特定的相关仪器来进行制备，且仪器设备价格十分昂贵。

因此，如何设计一种简单通用的用于制备大面积、全覆盖、结构缺陷最小、可转移的分子单层的方法，是一件亟待解决的事情，具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种制备二维分子单层的方法。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种制备二维分子单层的方法，其步骤分为：

步骤一：滴加有机分子溶液，有机分子在空气/水界面预组装；

步骤二：将低表面能的有机溶剂与高分子配成的溶液滴在水面上，将漂浮在水表面的有机分子进一步用所述有机溶液压缩以增加堆积密度和膜压力。

优选地，步骤一中的有机分子溶液中的溶质为ODTS(十八烷基三氯硅烷)。

可替代的，步骤一中的有机分子溶液中的溶质为ODPA(十八烷基膦酸)和DDTS(十二烷基三氯硅烷)中的一种。

优选地，步骤一中的有机分子溶液中的溶剂是无水的。