【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种溶液法制备大面积单一厚度单一取向的超薄有机晶体膜阵列的方法及应用，属于有机半导体材料。
技术介绍
1、自石墨烯的出现，二维晶体引起了社会广泛的关注。很长一段时间以来，大部分科学研究都集中在无机二维半导体材料领域。由于制备困难、理论体系的相对不成熟、 不完善，关于有机二维半导体材料与器件的科学研究很少。而在有机二维半导体领域 中，具有均一厚度和取向的大面积的、阵列化的有机单晶膜对以具有均一性能的有机 场效应晶体管为基本单元的有机电路以及其它有机光电器件的制备有着关键和决定 性的作用。因此一直以来就是基础科学研究以及面向产业化的应用科学研究的热点难 点，并且一直未提出很好的解决方案。因此具有均一厚度和取向的大面积的、阵列化 的有机单晶膜的制备亟需解决。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具有均一厚度和取向的大面积的、阵列化的有机单晶膜的溶液制备法，由本专利技术有机单晶膜构筑的有机场效应晶体管具有高度均一的载流子 迁移率分布和阈值电压分布，为未来的有机电路的产业化应用奠定了坚实的基础；本 专利技术方法具有很好的普适性、操作简单、节约材料、成本低等优点。
2、本专利技术所述有机单晶膜指的是以分子间作用力(主要是弱的范德华力)构成的晶体膜。
3、本专利技术所述的“大面积、阵列化”指的是可以在芯片级以及更大基底上根据需要在不同位置溶液法制备的晶体膜以构成晶体膜阵列。
4、本专利技术提供的大面积、阵列化的有机单晶膜的制备方法，包括如
5、采用溶液法在基底上进行印刷得到所述有机单晶膜；
6、所述印刷采用的墨水为有机半导体的溶液；
7、即采用溶液印刷直接在所述基底上印刷具有均匀厚度和取向的有机单晶膜阵列。
8、具体步骤为将配制好的所述有机半导体的溶液装入印刷设备的喷头中，直接印刷在目标基底上。
9、喷头内的有机半导体墨水可以根据喷头的直径尺寸、印刷目标数量和印刷目标基底的尺寸而装入不同的体积(最小体积可达皮升级别)以适应印刷目的的需要。
10、其中，所述有机半导体的结构通式为下式中任一种：
11、r1-a1-r2
12、
13、
14、式中，a1为共轭芳香结构，具体为如下芳香环或氰基、丙二腈、f、cl取代的 芳香环：蒽、并四苯、并五苯、联三噻吩、联四噻吩、联五噻吩、联六噻吩、并三噻 吩、并四噻吩、并五噻吩、苯并噻吩并噻吩并苯(btbt)、噻吩并[4,5-b][1]苯并噻 吩并[3,2-b][1]苯并噻吩(btbtt)、二苯并[d,d]噻吩并[3,2-b；4,5-b]噻吩(dbtdt)、 萘并噻吩并噻吩并萘(dntt)、苝酰亚胺(pdi)、萘酰亚胺(ndi)、卟啉和酞菁， 优选btbt、btbtt或ndi；
15、a、a2、a3独立地选自芳香环或f、cl取代的苯、噻吩、萘、苯并噻吩、吡啶 和喹啉；优选苯、噻吩或苯并噻吩；
16、b为c-c单键、c-c双键或c-c三键；
17、r、r1和r2独立地选自结构通式为cnh2n+1结构的c1～c22的直链或叉链烷烃， 优选c6h13，cnf2n+1结构的c1～c22的直链或叉链的氟代烷烃，优选c6f13，或 cnhmf2n+1-m结构的直链或叉链烷烃，优选c6h6f7；
18、所述有机半导体优选为btbtt6-syn、c8-btbt、c6-dpa或cmut。
19、上述的制备方法中，所述有机半导体的溶液的质量体积浓度可为 0.01mg/ml～20mg/ml，如0.5～5mg/ml、1～5mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml、3mg/ml 或5mg/ml。
20、上述的制备方法中，所述有机半导体的溶液采用的溶剂可为四氢呋喃、氯苯、三氯甲烷、正己烷、异丙醇、石油醚、二甲基甲酰胺、苯甲醚、环己烷、环己酮、茴香 醛、苯基环己烷、乙二醇、四氢化萘、十二烷、十四烷、十六烷、二甲基乙酰胺、二 氯苯、苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯和n,n-二甲基甲酰胺中单组分、双组分或多组 分溶剂。
21、上述的制备方法中，所述印刷在大气环境中进行；
22、所述有机单晶膜生长时间为印刷完即晶体膜生长完，不需要额外时间去留给晶体生长；
23、所述基板的温度为0℃～140℃，如40～80℃、40℃、50℃、60℃或80℃。
24、上述的制备方法中，所述印刷的速度为1μm/s～1000μm/s，如300～1000μm/s、 100～200μm/s、70～120μm/s、5～120μm/s、80μm/s、90μm/s或150μm/s；
25、所述印刷的喷射电压为0～10v。
26、上述的制备方法中，所述基底为氧化掺杂的硅片、柔性透明的基底(如：聚酰亚 胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等)、聚合物或 其他介电层(氧化铝、氧化铪、氮化硅、perfluoro(1-butenyl vinyl ether)polymer (cytop)、benzocyclobutene(bcb)、聚苯乙烯磺酸钠(pss))修饰过的基底；同 时可以根据印刷不同的有机半导体墨水需要对基底进行处理(如：氧等离子体)。
27、本专利技术在基底上得到的大面积、厚度和取向均一的阵列化有机单晶膜具有分子晶体中单晶的完美的物理化学性质、分子结构严格有序排列，有利于电荷载流子的传输。 并且由于印刷有机单晶膜的条件相同、厚度均匀，导致性能分布均匀，为大规模有机 电路的制备和产业化应用提供了新的方法学、对之具有非常关键的作用。
28、本专利技术提供的大面积、厚度和取向均一的阵列化的有机分子单晶膜可用于制备有机电子与光电磁器件。
29、所述有机电子与光电磁器件可为有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池、有机电子自旋器件以及光探测器等其中的一种或几种的集成。
30、本专利技术制备的大面积、阵列化的有机单晶膜具有均一的厚度和取向。由这些大面积、阵列化的二维分子晶体构筑的有机场效应晶体管具有非常均匀的、较高的载流子 迁移率与较低的阈值电压，为将来有机电路的应用科学研究和产业化提供了方法。
31、本专利技术具有以下优点：
32、1)方法简单、“一步法”直接印刷在目标基底上形成大面积、厚度和取向均一的 阵列化的有机单晶膜，结果重复性非常好，具有非常好的普适性。
33、2)由于采取的方法是按需印刷，非常节省有机半导体材料。
34、3)在大气环境下即可制备大面积、厚度和取向均一的阵列化的有机分子单晶膜，无需在特制的密闭或半密闭的空间中制备。并且无需进行进一步高温退火等操作即可 构筑基于有机单晶膜的有机场效应晶体管，节能环保。
35、4)大面积、厚度和取向均一的阵列化有机单晶膜具有均匀的厚度和性能、解决 了制备有机电路中单个有机场效应晶体管之间性能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大面积、阵列化的有机单晶膜的制备方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的结构通式为下式中任一种：
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的溶液的质量体积浓度为0.01mg/mL～20mg/mL。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的溶液采用的溶剂为四氢呋喃、氯苯、三氯甲烷、正己烷、异丙醇、石油醚、二甲基甲酰胺、苯甲醚、环己烷、环己酮、茴香醛、苯基环己烷、乙二醇、四氢化萘、十二烷、十四烷、十六烷、二甲基乙酰胺、二氯苯、苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯和N,N-二甲基甲酰胺中单组分、双组分或多组分溶剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述印刷在大气环境中进行；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述印刷的速度为1μm/s～1000μm/s；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述基底为氧化掺杂的硅片、柔性透明的基底、聚合物或其他介
8.权利要求1-7中任一项所述制备方法制备的大面积、阵列化的有机单晶膜。
9.权利要求8所述大面积、阵列化的有机单晶膜在制备有机电子与光电磁器件中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述有机电子与光电磁器件为有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池、有机电子自旋器件以及光探测器等其中的一种或几种的集成。
...【技术特征摘要】
1.一种大面积、阵列化的有机单晶膜的制备方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的结构通式为下式中任一种：
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的溶液的质量体积浓度为0.01mg/ml～20mg/ml。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述有机半导体的溶液采用的溶剂为四氢呋喃、氯苯、三氯甲烷、正己烷、异丙醇、石油醚、二甲基甲酰胺、苯甲醚、环己烷、环己酮、茴香醛、苯基环己烷、乙二醇、四氢化萘、十二烷、十四烷、十六烷、二甲基乙酰胺、二氯苯、苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯和n,n-二甲基甲酰胺中单组分、双组分或多组分溶剂。
5.根据权利要求1-4中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：江浪，赵晓彤，刘洁，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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