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近年来,有机小分子特别是有机半导体纳米材料,由于结构和功能上的独特优势,不同于无机纳米材料的新颖的光、电、磁特性以及在光电器件领域的潜在应用前景,其研究得到广泛重视。
本论文主要研究了有机小分子纳米结构的制备、层次化组装、光学性质及应用,取得了以下创新性结果:
第一,使用物理气相沉积法,制备了一系列金属有机配合物和多环芳烃体系的一维有机纳米结构。我们选择ZnTPP为模型化合物,讨论了不同实验参数对ZnTPP纳米结构的影响。并初步探讨了单晶ZnTPP纳米棒的生长机理,认为纳米棒是由于ZnTPP分子以单分子形式在多面体颗粒上发生定向吸附,并沿特定方向自组装形成的一维纳米结构,其生长过程是一个基于VS机理的气相自组装过程。在此基础上,我们进一步分析了分子结构对一维纳米结构形成的影响。
第二,在前人工作基础上,将限制空间挥发法与挥发诱导自组装应用于制备一系列有机半导体的纳米线阵列。该方法中所使用的衬底能够很好地控制挥发时接触线的方向,因而可以得到同心圆状排列的有机纳米线阵列。我们以DMQA为模型化合物,研究了浓度、沉积位置和挥发速度对于图案化制备的影响。另外通过调节浓度和挥发速度,还可以得到辐射状的有机纳米线图案。这种简单的方法也适用于其它化合物,并能够直接用于光电器件的制备。
第三,我们使用简单的溶剂交换法制备了一种小分子的单晶微米管结构,并利用理论计算和结构分析对其自组装过程以及光物理性质变化进行了研究。结果表明:自组装过程中分子扭转角的变化使得Salophen分子能够形成较强的C-H…π和π…π芳香作用,极大的降低了整个自组装体系的能量。同时,这两种芳香作用的存在可以减少Salophen在固体状态下非辐射跃迁的几率,从而大大增强了聚集态的荧光发射。这对理解分子自组装和固体状态下的发光行为具有重要意义。
第四,我们成功地通过溶剂交换法制备了一种难溶药物分子Indomethacin的多种纳米形貌,使用多种手段证明了几种不同形貌的内在结构存在显著差异,并通过形貌调控快速得到了药物分子的多晶型。这说明有机纳米晶体工程可以提供一种实现药物多晶型的有效策略,对于药物领域的研究具有重要的借鉴作用。