专利名称：制备有机单晶颗粒二维有序结构及其图案化排列的方法
技术领域：
本发明涉及有机单晶材料的二维单层结构的可控自组装及其图案化过程，更具体而言，本发明涉及将零维有机多面体微纳晶体通过外加电场组装成二维单层结构及各种二维尺度上图案化排列的方法。
背景技术：
近些年，随着组装技术的蓬勃发展，越来越多的有序组装体结构由于其独特的性能在器件领域中得到广泛的应用，受到人们的极大关注。V . Bulovic小组通过材料相分离的方法将Cdk量子点(QD)颗粒组装成单层薄膜结构，夹在两层有机层中，获得的量子点发光二极管(QD-LED)的发光效率提高了 25 倍(Nature 420(2002), 800)。Alivisatos 小组利用层层旋涂的方法依次将CdTe和Cdk颗粒组装于上下两层透明电极之间，形成三维有序的立体结构，获得一种全无机的给-受体的太阳能电池，效率接近3%，寿命达13000小时 (Science 310(2005), 462)。这些例子充分说明了规整有序的结构对于器件性能的提高有着重要的作用。另外，2004年Vikram C. Sundar首次报道了用有机单晶作为主要材料来构筑场效应晶体管(Science 303 (2004)，1644)，从此拉开了有机单晶材料在器件应用领域中的序幕。相对传统的有机薄膜器件，有机单晶器件在晶体构成上缺陷少，分子拥有长程的有序性，减少了载流子在材料运输过程中的阻碍，从而大大提高了载流子迁移率和开关比， 降低了阈值电压，明显改善了器件性能。如果能将有机单晶材料通过组装的方法实现其有序结构及其图案化制备，无疑将给大面积集成化的有机单晶器件的发展带来新的机遇。通常来说，解决思路一般有两种，一种是直接控制晶体的生长过程，通过控制其成核位置，生长方向及熟化过程等直接长出有序的结构。2006年，Zherman Bao课题组运用修饰基底的方法，成功地实现了对有机单晶选择性成核与生长，得到了大面积的有序排列的单晶结构(Nature 444(2006),913) 0该方法在一定程度上推动了有机单晶器件从实验室研究阶段向实际应用发展的可能，然而也存在一定的局限性。不同的有机晶体在制备的方法上存在一定的差异，大多数实验中科学家们都是先制备出晶体材料，而这些晶体材料往往都是随机排列的。因而，将这些现有的单晶材料再通过一定的方法使其形成大面积有序的结构，无疑将对实现有机单晶器件的实际应用有重要的意义。本发明将关注另外一种思路，将已制备好的有机单晶材料通过外加电场的手段，组装形成有序的组装体以及选择性地图案化排列。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，该方法简单有效，成本低廉，结构可逆，重复性强，可控性好，普适性强。本发明的另一个目的在于提供一种有机单晶颗粒二维有序结构的图案化排列的方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现 一种制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其包括以下步骤
步骤1)将有机单晶颗粒分散于分散剂中，超声3-5分钟，使之形成单分散体系； 步骤2)将所述单分散体系注入平行板电容器中，所述平行板电容器由两片平行放置的导电玻璃构成；
步骤3 )在所述平行板电容器两端接上电流场，几分钟后所述有机单晶颗粒在电致流体的作用下在底部的导电玻璃的表面形成有机单晶颗粒二维有序结构。进一步的，制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，还包括步骤4 在平行板电容器上通入一股直流电，使得所述二维有序结构固定在底部的导电玻璃的表面上。进一步的，所述有机单晶颗粒的直径的范围为500nm-5um。优选的，所述有机单晶颗粒的形貌包括立方体，被棱边刻蚀的立方体或正交十二面体。优选的，所述有机单晶颗粒为2，5，8，11-四叔丁基茈。进一步的，所述分散剂为去离子水。进一步的，所述的两片平行放置的导电玻璃的距离为80_100μπι左右。进一步的，所述电流场为交流电场。优选的，所述交流电场的电场强度的范围为lX104_10X104V/m，频率范围为 ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ 或 20000-50000Hz。一种有机单晶颗粒二维有序结构的图案化排列的方法，其通过光刻方法，在底部的导电玻璃的表面光刻一定图案的光刻胶来实现二维有序结构的图案化排列。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、操作简单快捷，成本低廉；
2、二维有序结构可通过改变电场参数调控；
3、二维有序结构可逆，重复性高；
4、适用于不用尺寸大小，不同形貌的有机单晶颗粒。综上，由于本发明制备工艺简单，可控性强，普适性好，二维有序结构可逆且重复性好，因此是一种制备有机单晶材料的二维有序结构的好方法。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中
图1为本发明的一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片。图2为本发明的又一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片，其中，图2 (a)、图2 (b)、图2 (c)分别为交流电场不同施加情况的结构示意图。图3为本发明的另一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片，其中，图3 (a)、图3 (b)、图3 (c)为交流电场的不同频率下的结构示意图。图4为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片，其中，图4 (a)、图4 (b)、图4 (c)为交流电场的不同强度下的结构示意图。图5为本发明的再一实施例的单个有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片。图6为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片，其中，图6 (a)和图6 (b)为有机单晶颗粒的直径不同的情况下的结构示意图。图7为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片。图8为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片，其中，图8 (a)和图8 (b)分别为有机单晶颗粒不同形貌下的结构示意图。图9为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片。图10为本发明的再一实施例的有机单晶颗粒二维有序结构的显微镜暗场图片。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1
(1)用钥匙取一定量的直径为2.5um的正交十二面体的2，5，8，11-四叔丁基茈单晶颗粒于血清瓶中，加入一定量的去离子水；
(2)将血清瓶至于超声仪中超声5分钟，形成单分散体系；
(3)将步骤(2)中得到的分散体系注入又两块水平放置的平行导电玻璃制成的电容器
中；
(4)在电极上施加电场强度为4.5X 104V/m，频率为500Hz的交流电场，放置5分钟。(5)撤掉交流电场的同时在电极上施加一个电压为IOV的直流电，2秒后撤掉直流电，打开电容器。所得结构的显微镜暗场图片如附图1所示。实施例2
按照实施例1的方法，不同之处在于本实施例中，在步骤5中撤掉交流电场的同时也不施加直流电，如图2 (a)所示为实施例1条件下得到的结果，如图2 (b)所示为保持无电场施加10秒后的情况，如图2 (c)为施加交流电场保持30秒的情况。实施例3
按照实施例1的方法，不同之处在于本实施例中，将交流电场的频率分别改为500Hz， 900Hz和1300Hz。所得结果分别如图3 (a)-图3 (c)所示。实施例4
按照实施例1的方法，不同支持在于本实施例中，将施加的交流电场的强度分别改为 3. 2X104V/m，2. 7X104V/m和2. 2X104V/m。所得实验结果分别如附图4 (a)_图4 (c)所不。实施例5
按照实施例1的方法，不同之处在于本实施例中，将下极板换为带有网格状光刻图案的导电玻璃极板，同时将电场强度变为10X104V/m。该极板中导电玻璃沟道宽度为3um，没两个沟道之间的距离为15um。所得结果的显微镜荧光模式图片如图5所示。实施例6
按照实施例5的方法，不同之处在于本实施例中，将有机单晶颗粒的直径分别改变为 600nm和1. 4um。所得结果分别如附图6 (a)和图6 (b)所示。实施例7
按照实施例5的方法，不同之处在于本实施例中，将下极板换成有“FUNS0M”字样的光刻极板。每个字母导电玻璃沟道宽度为3um，字母高度为30·。所用有机单晶颗粒大小为 600nm。所得结果如附图7所示。实施例8
按照实施例5的方法，不同之处在于本实施例中，将颗粒换成700nm的立方体和呗切掉棱边的立方体。所得结果如附图8 (a)和图8 (b)所示。实施例9:
按照实施例8的方法，不同之处在于本实施例中，将下极板换成由同心圆构成的光刻极板。每个同心圆导电玻璃够到宽度为3um，有机单晶颗粒为700nm的被切掉棱边的立方体。所得结果如附图9所示。实施例10
按照实施例5的方法，不同之处在于本实施例中，将电场的频率改为30000Hz，所得结果如附图10所示。以上所述仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1)将有机单晶颗粒分散于分散剂中，超声3-5分钟，使之形成单分散体系；步骤2)将所述单分散体系注入平行板电容器中，所述平行板电容器由两片平行放置的导电玻璃构成；步骤3)在所述平行板电容器两端接上电流场，所述有机单晶颗粒在电致流体的作用下在底部的导电玻璃的表面形成有机单晶颗粒二维有序结构。
2.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于，还包括步骤4)在平行板电容器上通入一股直流电，使得所述二维有序结构固定在底部的导电玻璃的表面上。
3.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述有机单晶颗粒的直径的范围为500nm-5um。
4.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述有机单晶颗粒的形貌包括立方体，被棱边刻蚀的立方体或正交十二面体。
5.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述有机单晶颗粒为2，5，8，11-四叔丁基茈。
6.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述分散剂为去离子水。
7.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述的两片平行放置的导电玻璃的距离为80-100 μ m左右。
8.根据权利要求1所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述电流场为交流电场。
9.根据根据权利要求8所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法，其特征在于所述交流电场的电场强度的范围为lX 104-10X 104V/m，频率范围为ΙΟΟ-ΙΟΟΟΗζ或 20000-50000Hz。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的制备有机单晶颗粒二维有序结构的方法制备的有机单晶颗粒二维有序结构的图案化排列方法，其特征在于通过光刻方法，在底部的导电玻璃的表面光刻一定图案的光刻胶来实现二维有序结构的图案化排列。
全文摘要
本发明公开了一种制备有机单晶颗粒二维有序结构及图案化排列的方法，其包括以下步骤1)将有机单晶颗粒分散于分散剂中，超声5分钟，使之形成单分散体系；2)将所述单分散体系注入平行板电容器中，所述平行板电容器由两片平行放置的导电玻璃构成；3)在所述平行板电容器两端接上电流场，几分钟后所述有机单晶颗粒在电致流体的作用下在底部的导电玻璃的表面形成有机单晶颗粒二维有序结构。最后，通过光刻方法，在底部的导电玻璃的表面光刻一定图案的光刻胶来实现二维有序结构的图案化排列。本发明的方法简单有效，成本低廉，结构可逆，重复性强，可控性好，普适性强。
文档编号B81C3/00GK102367166SQ201110344418
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者张晓宏, 张秀娟, 邹斌 申请人:苏州大学