金属酞菁薄膜在石墨烯基底上的弱外延生长

电极材料的属性和有机薄膜的结晶度是决定有机半导体器件性能的两个关键因素。实验已证明，石墨烯电极有利于提高有机半导体器件的性能。如果能够提高石墨烯电极上的有机薄膜的结晶度，那么有机半导体器件的性将会得到进一步的提升。本课题选择"金属酞菁薄膜/石墨烯"做为研究对象，通过实验研究，并结合薄膜生长动力学理论，探索金属酞菁分子薄膜在石墨烯基底上的生长规律。研究内容：（1）在有机薄膜沉积的初始阶段，石墨烯表面的缺陷、褶皱和边界等对分子聚集行为和薄膜结构的影响；（2）金属酞菁分子聚合所形成的不同的单层结构对后续沉积的薄膜的生长行为、薄膜单晶结构及其结构稳定性的影响；（3）石墨烯薄层对金属基底d电子的屏蔽效应，以及此类效应对酞菁分子薄膜生长行为的影响。通过研究金属酞菁分子薄膜的生长现象，认识特定生长现象的内在本质，并形成普适结论，从而为高结晶度有机半导体薄膜的制备提供可靠的理论和事实依据。

本课题以铜酞菁和铁酞菁分子为对象，研究了金属酞菁分子与石墨烯之间的相互作用，以及在“分子-石墨烯”相互作用主导下的“有机/石墨烯界面”电子结构变化和分子薄膜生长行为及其薄膜形貌、结构的调控因素。研究发现：（1）与铜酞菁相比，铁酞菁与石墨烯作用较强，后者与石墨烯有电荷转移，在界面处形成较大强度的偶极矩，并导致界面态的产生；（2）铜酞菁薄膜在石墨烯表面生长以分子间力为主导，聚集形成具有规则形状、且为单晶结构的二维薄膜结晶体；（3）铁酞菁薄膜在石墨烯表面的生长以“分子-基底”相互作用为主导，形成具有单晶结构的一维线状薄膜结晶体；（4）在薄膜生长的初始阶段，无论铁酞菁还是铜酞菁均首先在石墨烯晶界、石墨烯的褶皱以及点缺陷等拓扑缺陷处开始聚集，研究揭示了石墨烯的石墨烯的拓扑缺陷对酞菁分子薄膜的属性的调控机制；（5）课题还研究了石墨烯基底表面粗糙度对酞菁分子薄膜生长行为的影响，在粗糙的石墨烯表面的酞菁薄膜不但颗粒尺寸小，而且分子排列无序，酞菁分子在保持石墨烯基底80-150℃条件下可聚集为大尺寸的单晶颗粒。课题研究结果对于提高有机薄膜器件中有机工作层的结晶性具有指导意义。课题研究取得取得了预期成果，在国际主流学术期刊发表SCI检索论文7篇，完成了预期考核目标。