论文部分内容阅读
有机分子在固体表面的自组装是构筑表面纳米结构，制备分子纳米器件的重要途径。分子的吸附和组装蕴含着表界面的许多基本科学问题，作为“自下而上”技术路线的代表性方法，自组装是构筑表面纳米结构的有效途径。以扫描隧道显微术(STM)为代表的扫描探针显微术(SPM)以其在分子水平上对原子/分子进行观测和操纵的能力，是表面分子组装和纳米结构研究的有力工具。本文以STM为主要研究手段，对一系列有机分子在石墨表面及石墨烯表面组装结构的形成、调控和转化规律展开了系统的研究。论文的主要内容包括:
一、研究了β-并三噻吩(β-trithiophene，TDT)在HOPG表面自组装与热诱导的结构转化。室温环境下，噻吩分子通过分子间S…S相互作用形成蜂窝状结构，通过热处理可使蜂窝状结构转化为螺旋桨式结构，同时分子间以新的S…S相互作用方式形成该结构，不同S…S相互作用方式导致的电荷传递方式的改变，这与文献报道相吻合。通过热处理改变分子间S…S相互作用，从而影响TDT分子在表面的自组装结构，也为S…S相互作用影响其性能提供了直接的证据。
二、研究了不同的分子内烷基链对双子类表面活性剂Gn-Cn(n=2，4，6，8，10)的表面组装及结构转化的影响。自组装单分子层的结构由条垄状结构(n=2，4)，到条垄状结构和烷基链交叉的结构共存(n=6，8)，再到条垄状结构(n=10)。随着分子内烷基链的增长，两种不同的偶极-偶极相互作用方式是形成两种不同的结构最本质的原因。其中，反平行模式的偶极-偶极相互作用依赖于分子内烷基链长度，而线性模式的偶极-偶极相互作用存在于整个条垄状结构的形成。分子内烷基链键连有机官能团为调控表面分子自组装结构提供一个有效的方式。
三、采用CVD法制备了大面积高质量的石墨烯，将转移石墨烯的PMMA法进行改进，使用冰醋酸和对石墨烯进行热处理，得到低PMMA残留的石墨烯，在微观上验证了使用改进方法转移的石墨烯具有与铜箔上石墨烯一致的形貌和状态。采用自组装的方式修饰石墨烯电极以改善界面的接触，构筑了转移石墨烯与有机半导体分子的双层结构，分子的吸附取向与石墨烯基底的方向一致。该分子在石墨烯表面的组装结构与在石墨表面组装结构相同，并且分子以完全平躺的方式吸附于石墨烯表面，实现了分子与石墨烯表面的最大化接触。为验证电极与分子界面接触电阻提供直接证据。