專利名稱：制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)及其圖案化排列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機單晶材料的二維單層結(jié)構(gòu)的可控自組裝及其圖案化過程，更具體而言，本發(fā)明涉及將零維有機多面體微納晶體通過外加電場組裝成二維單層結(jié)構(gòu)及各種二維尺度上圖案化排列的方法。
背景技術(shù)：
近些年，隨著組裝技術(shù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的有序組裝體結(jié)構(gòu)由于其獨特的性能在器件領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，受到人們的極大關(guān)注。V . Bulovic小組通過材料相分離的方法將Cdk量子點(QD)顆粒組裝成單層薄膜結(jié)構(gòu)，夾在兩層有機層中，獲得的量子點發(fā)光二極管(QD-LED)的發(fā)光效率提高了 25 倍(Nature 420(2002), 800)。Alivisatos 小組利用層層旋涂的方法依次將CdTe和Cdk顆粒組裝于上下兩層透明電極之間，形成三維有序的立體結(jié)構(gòu)，獲得一種全無機的給-受體的太陽能電池，效率接近3%，壽命達13000小時 (Science 310(2005), 462)。這些例子充分說明了規(guī)整有序的結(jié)構(gòu)對于器件性能的提高有著重要的作用。另外，2004年Vikram C. Sundar首次報道了用有機單晶作為主要材料來構(gòu)筑場效應(yīng)晶體管(Science 303 (2004)，1644)，從此拉開了有機單晶材料在器件應(yīng)用領(lǐng)域中的序幕。相對傳統(tǒng)的有機薄膜器件，有機單晶器件在晶體構(gòu)成上缺陷少，分子擁有長程的有序性，減少了載流子在材料運輸過程中的阻礙，從而大大提高了載流子遷移率和開關(guān)比， 降低了閾值電壓，明顯改善了器件性能。如果能將有機單晶材料通過組裝的方法實現(xiàn)其有序結(jié)構(gòu)及其圖案化制備，無疑將給大面積集成化的有機單晶器件的發(fā)展帶來新的機遇。通常來說，解決思路一般有兩種，一種是直接控制晶體的生長過程，通過控制其成核位置，生長方向及熟化過程等直接長出有序的結(jié)構(gòu)。2006年，Zherman Bao課題組運用修飾基底的方法，成功地實現(xiàn)了對有機單晶選擇性成核與生長，得到了大面積的有序排列的單晶結(jié)構(gòu)(Nature 444(2006),913) 0該方法在一定程度上推動了有機單晶器件從實驗室研究階段向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展的可能，然而也存在一定的局限性。不同的有機晶體在制備的方法上存在一定的差異，大多數(shù)實驗中科學(xué)家們都是先制備出晶體材料，而這些晶體材料往往都是隨機排列的。因而，將這些現(xiàn)有的單晶材料再通過一定的方法使其形成大面積有序的結(jié)構(gòu)，無疑將對實現(xiàn)有機單晶器件的實際應(yīng)用有重要的意義。本發(fā)明將關(guān)注另外一種思路，將已制備好的有機單晶材料通過外加電場的手段，組裝形成有序的組裝體以及選擇性地圖案化排列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，該方法簡單有效，成本低廉，結(jié)構(gòu)可逆，重復(fù)性強，可控性好，普適性強。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列的方法。為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn) 一種制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其包括以下步驟
步驟1)將有機單晶顆粒分散于分散劑中，超聲3-5分鐘，使之形成單分散體系； 步驟2)將所述單分散體系注入平行板電容器中，所述平行板電容器由兩片平行放置的導(dǎo)電玻璃構(gòu)成；
步驟3 )在所述平行板電容器兩端接上電流場，幾分鐘后所述有機單晶顆粒在電致流體的作用下在底部的導(dǎo)電玻璃的表面形成有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)。進一步的，制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，還包括步驟4 在平行板電容器上通入一股直流電，使得所述二維有序結(jié)構(gòu)固定在底部的導(dǎo)電玻璃的表面上。進一步的，所述有機單晶顆粒的直徑的范圍為500nm-5um。優(yōu)選的，所述有機單晶顆粒的形貌包括立方體，被棱邊刻蝕的立方體或正交十二面體。優(yōu)選的，所述有機單晶顆粒為2，5，8，11-四叔丁基茈。進一步的，所述分散劑為去離子水。進一步的，所述的兩片平行放置的導(dǎo)電玻璃的距離為80_100μπι左右。進一步的，所述電流場為交流電場。優(yōu)選的，所述交流電場的電場強度的范圍為lX104_10X104V/m，頻率范圍為 ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ 或 20000-50000Hz。一種有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列的方法，其通過光刻方法，在底部的導(dǎo)電玻璃的表面光刻一定圖案的光刻膠來實現(xiàn)二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
1、操作簡單快捷，成本低廉；
2、二維有序結(jié)構(gòu)可通過改變電場參數(shù)調(diào)控；
3、二維有序結(jié)構(gòu)可逆，重復(fù)性高；
4、適用于不用尺寸大小，不同形貌的有機單晶顆粒。綜上，由于本發(fā)明制備工藝簡單，可控性強，普適性好，二維有序結(jié)構(gòu)可逆且重復(fù)性好，因此是一種制備有機單晶材料的二維有序結(jié)構(gòu)的好方法。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明。本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明的一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片。圖2為本發(fā)明的又一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片，其中，圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (c)分別為交流電場不同施加情況的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的另一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片，其中，圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (c)為交流電場的不同頻率下的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片，其中，圖4 (a)、圖4 (b)、圖4 (c)為交流電場的不同強度下的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的再一實施例的單個有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片。圖6為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片，其中，圖6 (a)和圖6 (b)為有機單晶顆粒的直徑不同的情況下的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片。圖8為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片，其中，圖8 (a)和圖8 (b)分別為有機單晶顆粒不同形貌下的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片。圖10為本發(fā)明的再一實施例的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片。
具體實施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實施例1
(1)用鑰匙取一定量的直徑為2.5um的正交十二面體的2，5，8，11-四叔丁基茈單晶顆粒于血清瓶中，加入一定量的去離子水；
(2)將血清瓶至于超聲儀中超聲5分鐘，形成單分散體系；
(3)將步驟(2)中得到的分散體系注入又兩塊水平放置的平行導(dǎo)電玻璃制成的電容器
中；
(4)在電極上施加電場強度為4.5X 104V/m，頻率為500Hz的交流電場，放置5分鐘。(5)撤掉交流電場的同時在電極上施加一個電壓為IOV的直流電，2秒后撤掉直流電，打開電容器。所得結(jié)構(gòu)的顯微鏡暗場圖片如附圖1所示。實施例2
按照實施例1的方法，不同之處在于本實施例中，在步驟5中撤掉交流電場的同時也不施加直流電，如圖2 (a)所示為實施例1條件下得到的結(jié)果，如圖2 (b)所示為保持無電場施加10秒后的情況，如圖2 (c)為施加交流電場保持30秒的情況。實施例3
按照實施例1的方法，不同之處在于本實施例中，將交流電場的頻率分別改為500Hz， 900Hz和1300Hz。所得結(jié)果分別如圖3 (a)-圖3 (c)所示。實施例4
按照實施例1的方法，不同支持在于本實施例中，將施加的交流電場的強度分別改為 3. 2X104V/m，2. 7X104V/m和2. 2X104V/m。所得實驗結(jié)果分別如附圖4 (a)_圖4 (c)所不。實施例5
按照實施例1的方法，不同之處在于本實施例中，將下極板換為帶有網(wǎng)格狀光刻圖案的導(dǎo)電玻璃極板，同時將電場強度變?yōu)?0X104V/m。該極板中導(dǎo)電玻璃溝道寬度為3um，沒兩個溝道之間的距離為15um。所得結(jié)果的顯微鏡熒光模式圖片如圖5所示。實施例6
按照實施例5的方法，不同之處在于本實施例中，將有機單晶顆粒的直徑分別改變?yōu)?600nm和1. 4um。所得結(jié)果分別如附圖6 (a)和圖6 (b)所示。實施例7
按照實施例5的方法，不同之處在于本實施例中，將下極板換成有“FUNS0M”字樣的光刻極板。每個字母導(dǎo)電玻璃溝道寬度為3um，字母高度為30·。所用有機單晶顆粒大小為 600nm。所得結(jié)果如附圖7所示。實施例8
按照實施例5的方法，不同之處在于本實施例中，將顆粒換成700nm的立方體和唄切掉棱邊的立方體。所得結(jié)果如附圖8 (a)和圖8 (b)所示。實施例9:
按照實施例8的方法，不同之處在于本實施例中，將下極板換成由同心圓構(gòu)成的光刻極板。每個同心圓導(dǎo)電玻璃夠到寬度為3um，有機單晶顆粒為700nm的被切掉棱邊的立方體。所得結(jié)果如附圖9所示。實施例10
按照實施例5的方法，不同之處在于本實施例中，將電場的頻率改為30000Hz，所得結(jié)果如附圖10所示。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施案例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)將有機單晶顆粒分散于分散劑中，超聲3-5分鐘，使之形成單分散體系；步驟2)將所述單分散體系注入平行板電容器中，所述平行板電容器由兩片平行放置的導(dǎo)電玻璃構(gòu)成；步驟3)在所述平行板電容器兩端接上電流場，所述有機單晶顆粒在電致流體的作用下在底部的導(dǎo)電玻璃的表面形成有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，還包括步驟4)在平行板電容器上通入一股直流電，使得所述二維有序結(jié)構(gòu)固定在底部的導(dǎo)電玻璃的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述有機單晶顆粒的直徑的范圍為500nm-5um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述有機單晶顆粒的形貌包括立方體，被棱邊刻蝕的立方體或正交十二面體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述有機單晶顆粒為2，5，8，11-四叔丁基茈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述分散劑為去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的兩片平行放置的導(dǎo)電玻璃的距離為80-100 μ m左右。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述電流場為交流電場。
9.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述交流電場的電場強度的范圍為lX 104-10X 104V/m，頻率范圍為ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ或 20000-50000Hz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的方法制備的有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列方法，其特征在于通過光刻方法，在底部的導(dǎo)電玻璃的表面光刻一定圖案的光刻膠來實現(xiàn)二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)及圖案化排列的方法，其包括以下步驟1)將有機單晶顆粒分散于分散劑中，超聲5分鐘，使之形成單分散體系；2)將所述單分散體系注入平行板電容器中，所述平行板電容器由兩片平行放置的導(dǎo)電玻璃構(gòu)成；3)在所述平行板電容器兩端接上電流場，幾分鐘后所述有機單晶顆粒在電致流體的作用下在底部的導(dǎo)電玻璃的表面形成有機單晶顆粒二維有序結(jié)構(gòu)。最后，通過光刻方法，在底部的導(dǎo)電玻璃的表面光刻一定圖案的光刻膠來實現(xiàn)二維有序結(jié)構(gòu)的圖案化排列。本發(fā)明的方法簡單有效，成本低廉，結(jié)構(gòu)可逆，重復(fù)性強，可控性好，普適性強。
文檔編號B81C3/00GK102367166SQ201110344418
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者張曉宏, 張秀娟, 鄒斌 申請人:蘇州大學(xué)