寡聚苯乙烯撑分子在石墨烯表面的组装特性研究

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石墨烯作为一种新型的碳纳米材料,由于其独特的结构和优异的性能,使石墨烯成为被广泛关注的焦点。近年来随着石墨烯制备技术的不断完善,有机功能分子在其表面的组装及应用也开始成为研究热点。因石墨烯在制备及转移过程中会形成较多的缺陷及类缺陷结构,这些缺陷及类缺陷结构如褶皱、晶界、点缺陷等会改变石墨烯局域态密度的分布,造成电子散射,影响石墨烯的电子结构,从而影响有机半导体在石墨烯表面的组装。了解石墨烯表面这些缺陷及类缺陷结构对有机半导体/石墨烯相互作用的影响以及有机半导体成膜性能及光电性能的影响对于有机光电器件的性能优化至关重要,但这方面的研究报道目前还较少。本课题以石墨烯薄膜/寡聚苯乙烯撑(OPV)为研究体系,我们首先采用化学气相沉积法(CVD)制备了N掺杂石墨烯及本征石墨烯,并对其结构和性质进行了系列表征,接着利用扫描隧道显微镜和原子力显微镜对OPV分子在N掺杂石墨烯表面的组装特性进行了研究。通过OPV分子在高定向热解石墨表面组装的对比实验发现:OPV分子的组装行为对基底具有较强的依赖性,石墨烯表面褶皱结构及台阶边沿对分子的二维有序排列具有明显影响。这可能是由于表面的弯曲起伏影响了石墨烯的电子结构,从而减弱了分子与石墨烯的相互作用。通过OPV分子在本征石墨烯表面组装的对比实验发现:N掺杂造成的点缺陷对分子的组装几乎没有什么影响。我们的研究还发现:溶液浓度对OPV分子的组装也有一定影响,同一分子在不同浓度下会形成排列完全不同的结构,浓度越大越倾向形成无序结构。此外随着分子共轭体系变大,OPV分子也越易形成无序结构。我们的研究揭示了石墨烯表面缺陷及类缺陷结构影响界面结构及光电性能的规律,这些研究结果有助于深入理解石墨烯缺陷和类缺陷对石墨烯-有机半导体界面结构和相互作用的影响,为石墨烯-有机半导体界面结构的调控以及器件性能的优化提供实验证据和参考,同时对于未来设计有机光电器件起到一定指导作用。
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