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研究概述

合成高結(jié)晶共價(jià)有機(jī)骨架（COF）薄膜是推進(jìn)其在二維（2D）光電子學(xué)中應(yīng)用的迫切需要，但仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2024年12月2日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所陳建毅、董際臣、郭云龍和北京大學(xué)趙曉續(xù)在國際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device》的研究論文。

在這里，作者報(bào)道了一種晶圓級(jí)均勻共價(jià)有機(jī)框架薄膜的擴(kuò)散限制合成策略，其中預(yù)先沉積的4, 4′, 4″, 4?-(1, 3, 6, 8-四(4-氨基芳基)）芘被一層共價(jià)有機(jī)骨架預(yù)聚物封裝在基底表面，不僅可以防止前體的溶解，而且可以限制與在溶液中溶解的對(duì)苯二甲醛的反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)聚合過程的尺寸。

薄膜的尺寸取決于生長(zhǎng)襯底，研究人員在硅芯片上合成了4英寸薄膜，通過調(diào)整構(gòu)建單元和聚合化學(xué)來控制它們的結(jié)構(gòu)、厚度、圖案化和結(jié)晶度，并使用二硫化鉬作為基底來構(gòu)建垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

測(cè)量結(jié)果表明，采用共價(jià)有機(jī)骨架作為感光層，異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出增強(qiáng)的光電性能，可用于模擬視覺系統(tǒng)的自適應(yīng)功能。

圖文解讀

圖1：擴(kuò)散限制合成2D COF薄膜

圖2：PyTTA-TPA COF薄膜的透射電子顯微鏡（TEM）表征

圖3：基于PyTTA-TPA/COF/MoS₂的光電晶體管的光敏表征

總結(jié)展望

本研究開發(fā)了一種低成本、通用的擴(kuò)散限制方法，直接在基底上合成高結(jié)晶度的2D PyTTA-TPA COF薄膜。與蒸汽-固體過程中的聚合和結(jié)晶不同，該方法通過控制PyTTA分子的取向和TPA單體的擴(kuò)散來調(diào)節(jié)基底表面的聚合和結(jié)晶過程。所得到的COF薄膜表面光滑，厚度可控。在MoS₂薄膜上生長(zhǎng)的PyTTA-TPA COF薄膜具有高結(jié)晶度和取向性，這一點(diǎn)通過TEM和GIXRD得到了證實(shí)。

此外，該方法還可以用于制備結(jié)晶的PyTTA-BPyDCA、TAPB-DMTA和ETTA-BPDA COF薄膜，表明該方法的普適性。使用PyTTA-TPA COF/MoS₂混合材料薄膜作為活性材料，所得到的光電晶體管顯示出增強(qiáng)的光電性能，可以模擬人眼視覺系統(tǒng)的適應(yīng)性功能。

本工作為定向2D COF薄膜的工業(yè)化制備及其在交互式人工智能中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)，這對(duì)于基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。

文獻(xiàn)信息

Liu, M., Kuang, J., Han, X.?et al.?Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device.?Nat. Commun., (2024).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/31/830daa852c/

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