反溶剂饱和蒸汽压法制备高度有序苝酰亚胺纳米线的方法与流程

本发明涉及一种制备高度有序苝酰亚胺纳米线的方法，属于光电材料与器件技术领域。

背景技术：

近年来，苝酰亚胺(pdi)因其热稳定和化学稳定性好，价格便宜，高的吸收效率和电子迁移率等特点，使其在有机电子和光电子器件具有重要的应用前景。然而，pdi容易通过π-π键的相互作用形成聚集体，这样不利于激子分离，同时会增加非双分子复合损失，造成荧光效率降低。一维纳米材料与薄膜材料相比，具有大的界面面积，低的缺陷态密度，可以实现器件性能的改善和尺寸的缩小。在合成pdi纳米线过程中，需要在溶解性和分子堆叠方式取得平衡，溶剂和分子的相互作用同样会限制分子自组装。利用反溶剂和蒸汽退火可以制备一维pdi，然而，纳米线通常都是扭曲，相互覆盖的，这对于pdi在电子器件中应用是不利的。

当前高度有序pdi纳米线制备存在以下问题：

(1)pdi分子间π-π键堆叠比较强，使得pdi容易聚集形成团簇；

(2)当在pdi分子结构中引入其他基团时，分子间作用减弱，但不利于其有序排列；

(3)采用反溶剂法和蒸汽退火法制备的pdi纳米线通常是扭曲的，这对其在电子器件中应用是不利的；

(4)高度有序pdi纳米线形成机制探究相对较少。

为了适应光电子器件快速发展需要，研发高度有序pdi纳米线十分重要。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种反溶剂饱和蒸汽压法制备高度有序苝酰亚胺纳米线的方法。

本发明采用如下技术方案：

反溶剂饱和蒸汽压法制备高度有序苝酰亚胺纳米线的方法，包括如下步骤：

1)将pdi溶解在溶剂中；

2)将pdi溶液滴加在衬底上，然后置于饱和反溶剂气氛中；

3)在衬底上通过分子的自组装效应，形成高度有序的一维pdi纳米线。

更进一步地，所述pdi溶液的浓度为5毫克/毫升。

更进一步地，所述溶剂为二氯苯；所述饱和反溶剂为饱和乙腈蒸汽。

更进一步地，所述步骤3)中使整个气氛密闭，静置。

更进一步地，所述pdi的纯度大于98％。更进一步地，所述衬底材料为硅，选取带有金电极的叉指电极作为衬底用于沉积pdi纳米线，测试电流电压曲线。

更进一步地，在24小时，48小时，72小时以及96小时，分别从饱和蒸汽压气氛中取出样品进行观察。

本发明制备的pdi纳米线与其他工艺相比，具有如下有益效果：

(1)采用溶液加工工艺，方法简单，参数容易控制；

(2)pdi纳米线结构规整，结晶质量高；

(3)电子在pdi纳米线一维方向上，容易实现去离域化和迁移；

(4)长的pdi纳米线以及高的电流模块使其在纳米器件中可以被利用。

附图说明

图1为pdi的分子示意图。

图2为反溶剂饱和蒸汽压法的原理图。

图3为pdi纳米线的光学图像、发光图像以及扫描电子显微图像和碳原子成像图。

图4为在不同饱和蒸汽压时间段中，pdi的光学图像(上)和发光图像(下)。

图5为本征pdi，反溶剂处理pdi以及反溶剂饱和蒸汽压处理的pdi的x射线衍射谱。

图6为本征pdi，反溶剂处理的pdi的电流电压曲线。

图7为反溶剂饱和蒸汽压处理的pdi的电流电压曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的高度有序pdi纳米线制备方法，采用反溶剂饱和蒸汽压法，衬底材料是硅，通过足够饱和蒸汽压时间，制备pdi纳米线，具体步骤如下：

(1)将pdi溶于二氯苯溶液中，浓度为5毫克/毫升；

(2)将pdi溶液滴加在衬底上，然后置于饱和乙腈蒸汽氛围下；

(3)整个气氛密闭，静置，让pdi进行充分的自组装，形成pdi纳米线。

选取材料为pdi，纯度为98％以上，选取的溶剂为二氯苯，反溶剂为乙腈，硅为衬底材料。选取带有金电极的叉指电极作为衬底用于沉积pdi纳米线，测试电流电压曲线。

实施例1：将pdi溶于二氯苯溶液中，配置浓度为5毫克/毫升的pdi溶液；用吸管吸取少量溶液滴于衬底材料中，使其自然干燥，以此制备本征pdi材料；

实施例2：乙腈溶液作为反溶剂，加入到溶有pdi的二氯苯溶液中，其体积比为5：1，静置24小时，用吸管将带有少量析出物的溶液吸出，滴加在衬底材料上，使其自然干燥，此为反溶剂处理法；

实施例3：将衬底置于反溶剂乙腈的饱和蒸汽压下，用吸管将pdi溶液滴加到衬底上，密闭，静置，直至pdi溶液挥发完全。为了研究反溶剂对pdi自组装过程的影响，在24小时，48小时，72小时以及96小时，分别从饱和蒸汽压气氛中取出样品进行观察。

图1-2为pdi的分子示意图以及反溶剂饱和蒸汽压法的原理图。

图3为pdi纳米线的光学图像、发光图像以及扫描电子显微图像和碳原子成像。从图中我们可以看出pdi是沿着一维方向生长的，而且是笔直的，弯曲较少。扫描电子显微镜具有更高分辨率，可以看出纳米级别的微观结构，我们可以看出pdi纳米线的宽度为200纳米左右，碳原子成像更加说明了形成的是pdi纳米线。

图4为在不同饱和蒸汽压时间段中，pdi的光学图像(上)和发光图像(下)。通过不同时间段的光学成像观察，我们发现，pdi在较短时间内，由于反溶剂与二氯苯作用，在局域形成超饱和态，使得pdi的聚集析出，形成团簇结构，随着饱和蒸汽压时间增长，反溶剂逐渐向二氯苯中缓慢扩散，限制了pdi的进一步聚集，团簇逐渐向纤维结构过渡，最终形成一维结构。

图5为本征pdi，反溶剂处理pdi以及反溶剂饱和蒸汽压处理的pdi的x射线衍射谱。从图4中，我们可以看出，经过反溶剂饱和蒸汽压处理之后，x射线衍射图谱中的结晶峰明显，这表明反溶剂饱和蒸汽压处理有利pdi结晶。

图6-7为本征pdi，反溶剂处理pdi以及反溶剂饱和蒸汽压处理的pdi的电流电压曲线。从图6-7中，我们可以看出，经过反溶剂和反溶剂饱和蒸汽压法处理的pdi器件中，电流都有所提升，尤其是饱和蒸汽压法处理的pdi器件。这是因为pdi分子间排列有序，有利于激子的去离域化，在施加外场的作用下，电荷可以有效传输，导致电流的提升。

综上所述，本发明一种利用反溶剂饱和蒸汽压法方法，实现了pdi纳米线高度有序生长。将pdi溶解在二氯苯溶剂中，然后滴加在沉底上，然后至于饱和反溶剂气氛中，最后在衬底上通过分子的自组装效应，形成高度有序的一维pdi纳米线。本发明实现了pdi分子的一维有序均匀生长，并表现出良好的结晶特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种反溶剂饱和蒸汽压法制备高度有序苝酰亚胺(PDI)纳米线的方法，包括如下步骤：1)将PDI溶解在溶剂中；2)将PDI溶液滴加在衬底上，然后置于饱和反溶剂乙腈(CAN)气氛中；3)在衬底上通过分子的自组装效应，形成高度有序的一维PDI纳米线。本发明实现了PDI纳米线高度有序生长。本发明将PDI溶解在二氯苯溶剂中，然后滴加在衬底上，然后至于饱和反溶剂气氛中，最后在衬底上通过分子的自组装效应，形成高度有序的一维PDI纳米线。本发明实现了PDI分子的一维有序均匀生长，并表现出良好的结晶特性。

技术研发人员：徐伟龙;郑敏;秦天;卞维柏;熊超;赵宇;陈海悦;陈磊
受保护的技术使用者：常州工学院
技术研发日：2019.06.06
技术公布日：2019.09.03