本发明专利技术公开了一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体、制备方法及应用。以苯并苝为给体分子,四溴邻苯二甲酸酐为第一种受体分子,另一种选择受体分子选自八氟萘,四氟对苯二甲腈,四氟邻苯二甲酸酐中的一种;将给受体分子按一定的化学计量比加入良有机溶剂超声处理,得到一维异质结构有机微纳晶体的有机溶剂储备溶液,再加入不良有机溶剂震荡均匀后,迅速滴在基底上,待有机溶剂完全挥发后得到一维异质结构荧光有机微纳晶体。在波长为355~375纳米的连续激发光激发条件下,荧光有机微纳晶体可实现主/被动光波导和结构依赖的光子信号定向转换。本发明专利技术具有制备工艺简单,适用范围广,超低晶格失配等特点,为集成光电器件提供新材料。料。料。
【技术实现步骤摘要】
一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体、制备方法及应用
[0001]本专利技术属于微纳米有机材料制备及光子学应用
,特别涉及有机异质结构微纳晶体的设计合成及在光子信号定向转换中的应用。
技术介绍
[0002]光子集成电路通过使用光子作为信息载体,有望满足信息处理、通信技术和计算领域日益增长的应用需求(参见文献:Nat. Photonics 2010, 4, 438
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446)。与传统的无机或无定形结构相比,有机低维结构在有机光子学研究中表现出独特的优势,这得益于它们几个固有的优点,包括受激发射截面大、波长可调,以及光学材料的广泛选择。由于有机材料与其周围环境之间的折射率差异较大,光通过有机微/纳米结构的圆周或端面发生连续全内反射,从而被强烈地限制在低维有机结构谐振器内。因此,有机低维结构作为谐振腔具有光损耗低、模体积小等优良特性,可用于构建小型化光子学器件(参见文献:Chem. Rev. 2016, 116, 12823)。但是,单一的低维有机结构只能实现光产生和光传输的功能,不能满足复杂光子学的多功能需求。集成光子技术的日益成熟使得构建光子器件需要将各种单一结构的微纳晶体复合成有机异质结构晶体,从而实现单一结构所不具备的光调制和光处理的集成功能。
[0003]为了实现有机异质结构微纳晶体,一种可行的方法是将每个单一的有机结构进行物理拼接(参见文献:Small 2021, 17, 2100277);另一种方法是通过自组装生长工艺获得复合结构,后者可以实现更高密度和更高集成度的光子器件。近些年,通过自下而上的自组装方法(液相自组装、物理气相沉积、反溶剂法等)已经制备了多种多样的有机异质结构,但是得到的异质界面的晶格失配率都普遍在3%~7%左右(参见文献:Adv. Optical Mater. 2022, 10, 2101931; Sci. China Chem. 2020, 63: 1477; J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 7517)。由于其较高的的晶格失配,导致材料器件往往存在缺陷,与其理想性能还相差甚远。有鉴于此,在超低晶格错配异质外延中合理构建异质结构有机晶体是科学家们一直追求的目标,这对于提高器件的最终性能(能量转移,载流子迁移率等)至关重要。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决现有技术异质结构的有机微纳晶体制备中晶格失配,工艺复杂,不可控制等不利于广泛运用的不足,提供了一种新型的超低晶格失配异质外延的共晶工程策略,该策略具有足够的通用性以实现多种材料的集成,采用简单快捷的溶液法提供一种超低晶格失配的荧光有机异质结微纳晶体、可控组装的制备方法及其在光学信号的定向转换的应用。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是提供一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体的制备方法,包括如下步骤:(1)以苯并苝(BGP)为给体分子,四溴邻苯二甲酸酐(TBPA)为第一种受体分子,N为另一种选择受体分子,所述的另一种选择受体分子N为八氟萘 (OFN),四氟对苯二甲腈
(TFP),四氟邻苯二甲酸酐(TFTP)中的一种;按分子的物质的量之比为苯并苝:四溴邻苯二甲酸酐:N 为1.5~2.5:1:0.5~1.5称取各原料;(2)在称取的原料中加入良有机溶剂,所述的良有机溶剂包括二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈中的一种;超声处理,得到浓度为5~10 mmol/L的异质结构微纳晶体的有机储备溶液;(3)按良有机溶剂与不良有机溶剂的体积比为1:6~1:2,将有机储备溶液加入到不良有机溶剂中,所述的不良溶剂包括甲醇、乙醇、正己烷或环己烷中的一种;震荡均匀,立刻滴在基底上,待有机溶剂挥发后,得到一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体。
[0006]本专利技术提供的一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体的制备方法,选择受体分子N为八氟萘,不良溶剂为乙醇,得到一种枝杈结构异质结晶体。选择受体分子N为四氟对苯二甲腈,不良溶剂为正己烷,得到一种嵌段结构异质结晶体。选择受体分子N为四氟邻苯二甲酸酐,不良溶剂为环己烷,得到核壳结构的异质结晶体。
[0007]本专利技术技术方案包括按上述制备方法得到的一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体。
[0008]本专利技术技术方案还提供一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体的应用,在波长为355~375纳米的连续激发光激发条件下,用于主/被动光波导和结构依赖的光子信号定向转换。
[0009]所述的主/被动光波导和结构依赖的光子信号定向转换,从波长为446~528 nm的蓝色荧光发射转换为546~699 nm的橙色荧光发射;波长为451~542 nm的绿色荧光发射转换为546~699 nm的橙色发射;波长为506~640 nm的黄色荧光发射转换为546~699 nm的橙色发射。
[0010]本专利技术利用了在同种给体分子体系内的共晶具有相似的分子堆积模式和结构相容性的原理,从而实现具有超低晶格失配的异质结构微纳晶体。本专利技术提供的异质结构微纳晶体为由两个或多个分子通过分子间非共价相互作用驱动形成的有机共晶,由于其具有不同组分的良好相容性和可设计性,广泛的材料库,分子间作用力可控,荧光波长可调,溶液法制备成本较低等特点,因此为制备超低晶格失配的有机异质结微纳晶体提供新途径,同时为有机光子学集成器件比如信号转换器,提供坚实的材料基础。
[0011]与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于实现了具有超低晶格失配的一维异质结构有机微纳晶体的制备,适用于异质结构微纳晶体制备的光子学信号转换器,具体体现如下:1.通过共晶工程解决了多组分自组装过程中的相分离和均相成核的问题,为实现超低晶格失配(失配率<1%,远低于市面商品化材料的晶格失配5%~10%)的异质结构微纳晶体提供了途径,为异质结构材料的合成提供了新途径。
[0012]2.本专利技术提供的异质结构微纳晶体的制备方法,具有广泛的普适性,适用于不同有机给体和受体材料,为实现不同可见光波段光学信号操纵和利用提供支持,有利于有机光子学中信号转换器的研究和应用。
附图说明
[0013]图1 为本专利技术实施例提供的对比例有机分子结构及其给受体共晶的荧光显微镜
和扫描电镜图。
[0014]图2 为本专利技术实施例提供的枝杈异质结构单晶微米棒的扫描电镜图及表面元素分布图。
[0015]图3 为本专利技术实施例提供的嵌段异质结构单晶微米棒的扫描电镜图。
[0016]图4 为本专利技术实施例提供的三明治异质结构单晶微米棒的扫描电镜图。
[0017]图5 为本专利技术实施例提供的大面积制备嵌段,枝杈,三明治及核壳结构单晶微米棒的荧光显微镜图。
[0018]图6 为本专利技术实施例1提供的异质结构的组份共晶的吸收和发射光谱图。
[0019]图7 为本专利技术实施例1提供的BGP
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TBPA单晶微米棒的光波导性能图。
[0020]图8 为本专利技术实施例提供的异质结构微纳晶体的光学信号转换示意图、荧光显微镜图和对应微区荧光光谱图。
具体实施方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:(1)以苯并苝为给体分子,四溴邻苯二甲酸酐为第一种受体分子,N为另一种选择受体分子;按分子的物质的量之比为苯并苝:四溴邻苯二甲酸酐:N 为1.5~2.5:1:0.5~1.5称取各原料,所述的另一种选择受体分子N为八氟萘,四氟对苯二甲腈,四氟邻苯二甲酸酐中的一种;(2)在称取的原料中加入良有机溶剂,所述的良有机溶剂包括二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈中的一种;超声处理,得到浓度为5~10 mmol/L的异质结构微纳晶体的有机储备溶液;(3)按良有机溶剂与不良有机溶剂的体积比为1:6~1:2,将有机储备溶液加入到不良有机溶剂中,所述的不良溶剂包括甲醇、乙醇、正己烷或环己烷中的一种;震荡均匀,立刻滴在基底上,待有机溶剂挥发后,得到一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体。2.根据权利要求1所述的一种超低晶格失配的荧光有机异质结晶体的制备方法,其特征在于:所示的选择受体分子N为八氟萘,不良溶剂为乙醇,得到一种枝杈结构异质结晶体。3.根据权利要求1所述的一种超低...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑敏,吕强,
申请(专利权)人:苏州大学,
类型:发明
国别省市:
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