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“漂浮的咖啡环效应”:二维分子单晶的液相生长新方法

以石墨烯为代表的二维原子晶体材料在多个科学领域已引起了革命性的发展。近年来,以弱范德华互作用构建的二维有机分子晶体因其材料性质的独特性、有望实现新型光电子器件,而受到日益广泛的关注。尤其,通过液相方法获得二维分子晶体,以秉承有机电子的快速、简易器件制备,更是相关研究的热点。当限制在二维尺度时,高速生长成为分子晶体制备的本征诉求,即意味着在晶体生长界面处需要足量的分子材料补充。然而,对这一诉求的忽视,使得通常情况下只能得到小尺寸、多晶相的二维分子薄膜。


最近,针对以上问题,南京大学李昀副教授课题组提出“漂浮的咖啡环效应”。日常生活中,一滴咖啡落在桌上将最终留下环状斑迹,这是源于从液滴内部向边缘的液体流动。通过在含有半导体小分子的溶液中巧妙地添加极微量的反溶剂,可以将咖啡环效应中的定向液体流动漂浮在薄薄液层上,有效地增强溶质(半导体性小分子)向晶体生长面处的迁移。以此,课题组成功制备出可精确调控层数的半导体性二维分子薄膜,且具有优异的单晶性质、原子级的表面平整度、达到百微米的大尺寸等优点;此外,获得电学性能极为优异的场效应晶体管,载流子迁移率高达到13 cm2/Vs,为迄今同类器件中的最高值。这一方法还被证明可以适用于其它有机小分子材料上,从而有望实现诸如二维分子晶体异质结等电子器件。

该研究成果发表在《Advanced Functional Materials》上,并被遴选为期刊封面论文,南京大学李昀副教授王欣然教授施毅教授作为共同通讯作者。


http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201600304/abstract


李昀副教授课题组主页:https://sites.google.com/site/ofetsnju/


原文标题:2D Single-Crystalline Molecular Semiconductors with Precise Layer Definition Achieved by Floating-Coffee-Ring-Driven Assembly


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