利用氣泡輔助實現高精度分子組裝圖案化的方法

　　分子器件在器件微型化和多功能化方面具有誘人的前景，但當前大面積制備納米級精度的有機分子圖案依然是一個重大的挑戰。

　　為了實現有機分子的高精度圖案化，科學家們已經發展出眾多方法，但依然面臨各種限制和挑戰。例如，傳統的界面組裝方法(L-B膜方法)雖然可以實現高精度的分子組裝，但在圖案化方面存在著巨大困難。基于表面活性劑分子的泡沫體系具有非常大的比表面積和高界面層精度，具有獲得高精度圖案的潛力。然而，傳統的泡沫演化會受到奧斯特瓦爾德（Ostwald）熟化的影響，整個體系存在“弱肉強食”的氣泡吞并過程，使得泡沫結構難以形成穩定可控的圖案，無法實現圖案化組裝。

　　近日，中國科學院化學研究所的宋延林研究員、喬雅麗研究員與張貞研究員、過程工程研究所閆學海研究員等合作，利用TPPS(meso-tetra(4-sulfonatophenyl) porphyrin)為模型分子，提出了一種利用氣泡輔助實現高精度分子組裝圖案化的方法。

　　在前期研究的基礎上，研究人員利用圖案化的硅柱模版來控制泡沫體系中的氣泡演化，使奧斯特瓦爾德熟化得到抑制，最終獲得圖案化可控的泡沫圖案。有機分子的組裝過程可以分為兩個不同階段，即氣泡演化過程和分子組裝過程，分別由拉普拉斯壓和分子間相互作用控制。通過調控組裝過程中的溶液濃度和接觸角，可以得到大面積的有分子網格圖案，圖案精度可以達到80nm。

　　結合分子動力學模擬、紫外光譜、微區拉曼以及二次諧波檢測，研究人員給出了在氣泡輔助條件下的分子組裝結構。研究表明，表面活性劑分子以及有機功能分子在組裝過程中承擔了不同功能，并發現由表面活性劑和有機功能分子組成的雙組分氣泡輔助組裝體系，表面活性劑與有機功能分子需要有相同的電荷，以保證氣泡系統的穩定。

　　該方法為實現有機功能分子的大面積高精度的圖案化提供了一種新策略，具有廣泛的適用性，并有獲得更高精度圖案的巨大潛力。