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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)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(duì)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(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)科學(xué)院和北京分子科學(xué)國(guó)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(guò)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(dòng)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(jí)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(duì)組裝過(guò)程中氣泡壁破裂行為的原位可視化觀測(cè)，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(guò)自行搭建的分離壓膜厚測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)得了液膜收縮過(guò)程中的分離壓等溫曲線。結(jié)果表明，對(duì)稱分子的液膜厚度可穩(wěn)定至10 nm，而非對(duì)稱分子液膜厚度僅可穩(wěn)定至約50 nm。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬，揭示了不同對(duì)稱性分子的氣泡壁受限組裝機(jī)制。研究表明，對(duì)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(guò)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(duì)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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