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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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宋延林課題組在氣泡模板印刷超高精度分子圖案方面取得突破
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宋延林課題組在氣泡模板印刷超高精度分子圖案方面取得突破 2023-03-18 | 編輯：lry | 【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】 發(fā)展超高精度有機(jī)功能材料的微納圖案制造技術(shù)對于有機(jī)電子學(xué)發(fā)展具有重要意義，但有機(jī)材料與傳統(tǒng)光刻技術(shù)的不兼容性極大地限制了其超高精度分子圖案與器件的制備，因此如何實(shí)現(xiàn)有機(jī)功能材料分子尺度圖案化成為該領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。目前，適用于有機(jī)功能分子的高精度圖案化技術(shù)主要包括蘸筆印刷技術(shù)、納米壓印技術(shù)、嵌段共聚物自組裝技術(shù)和DNA剪輯技術(shù)等，在圖案精度調(diào)控、材料普適性等方面存在諸多局限，迫切需要發(fā)展新方法。 在國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下，化學(xué)所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組突破氣泡演化過程中的奧斯瓦爾德熟化等局限，提出了一種氣泡模板印刷分子尺度圖案與器件的新思路。他們利用氣泡壁限域效應(yīng)驅(qū)動分子受限組裝的策略，在分子材料可控組裝與圖案化方面取得了系列研究進(jìn)展（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 4, 2404–2413；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 16547；InfoMat, 2022, 4, e12323）。氣泡膜極限厚度可達(dá)雙分子層的牛頓黑膜（Newton Black Film, NBF），為有機(jī)功能材料超高精度圖案化提供了一種獨(dú)特的解決思路，有望突破目前分子器件制備的局限。 最近，該課題組從分子材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，提出了“雙片段”（pi-共軛功能母核+表面活性端基）單組份組裝策略，獲得了精度達(dá)12 nm的分子圖案，將分子圖案的精度從納米級提升至僅少數(shù)分子層的分子尺度。他們利用四苯乙烯母核的聚集誘導(dǎo)熒光特性實(shí)現(xiàn)了對組裝過程中氣泡壁破裂行為的原位可視化觀測，發(fā)現(xiàn)了氣泡膜破裂位置是決定分子圖案的組裝形貌和均勻性的關(guān)鍵。另外，通過自行搭建的分離壓膜厚測試系統(tǒng)，測得了液膜收縮過程中的分離壓等溫曲線。結(jié)果表明，對稱分子的液膜厚度可穩(wěn)定至10 nm，而非對稱分子液膜厚度僅可穩(wěn)定至約50 nm。結(jié)合分子動力學(xué)模擬，揭示了不同對稱性分子的氣泡壁受限組裝機(jī)制。研究表明，對稱結(jié)構(gòu)分子具有更小的分子聚集結(jié)構(gòu)、更好的分子重構(gòu)能力以及片層狀的有序排列方式，更有利于實(shí)現(xiàn)少數(shù)分子層精度的印刷圖案。該工作為超高精度分子圖案化和器件制備提供了新的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Sci. Adv. 2023, 9, eadf3567，入選當(dāng)期雜志的Featured Image。文章第一作者是博士研究生曲致遠(yuǎn)，通訊作者是化學(xué)所宋延林研究員、喬雅麗研究員和過程所閆學(xué)海研究員。 The featured image 圖 1. 氣泡印刷構(gòu)筑超高精度分子圖案 圖 2. 從液膜收縮與分子聚集角度揭示不同對稱性分子的氣泡壁受限組裝機(jī)制 綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2023年3月18日 |
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