苯類衍生物及冠醚分子的單分子結(jié)電導(dǎo)研究.pdf

1、電子器件的發(fā)展推動(dòng)了人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)電子器件集成度的不斷追求使得分子電子器件應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也延伸出一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域-分子電子學(xué)。常見的分子電子器件有分子開關(guān)、分子導(dǎo)線、分子整流器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。分子電子器件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于探究分子中電子的輸運(yùn)性質(zhì)，可通過構(gòu)筑金屬-分子-金屬結(jié)，并測(cè)量其分子結(jié)電導(dǎo)得到。影響分子結(jié)電導(dǎo)的因素有分子自身的結(jié)構(gòu)、金屬的材料、錨定基團(tuán)、分子與金屬間的接觸構(gòu)型以及周圍的環(huán)境等。本課題擬利用掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法

2、（STM-BJ法），構(gòu)建以Au為電極的分子結(jié)并測(cè)量其電導(dǎo);同時(shí)由于STM-BJ法對(duì)于非Au電極的分子結(jié)測(cè)量的局限性，我們?cè)趥鹘y(tǒng)的STM-BJ法的基礎(chǔ)上改進(jìn)出一種基于電化學(xué)的跳躍基礎(chǔ)(jump-to-contact)的掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法（ECSTM-BJ法），系統(tǒng)地測(cè)量了以Cu、Ag作電極的分子結(jié)電導(dǎo)。具體的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.利用STM-BJ法和ECSTM-BJ法現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)筑了分別以Au、Cu、Ag作金屬電極，以對(duì)苯二甲酸

3、、1，4-萘二甲酸、9，10-葸二羧酸為目標(biāo)分子的單分子結(jié)，并對(duì)其電導(dǎo)進(jìn)行了測(cè)量。研究結(jié)果表明:以Au作電極的三個(gè)二羧酸苯類分子結(jié)都表現(xiàn)出高、中、低三套電導(dǎo)值，其電導(dǎo)順序?yàn)?對(duì)苯二甲酸＞1，4-萘二甲酸＞9，10-蒽二羧酸，多套電導(dǎo)值可歸結(jié)于電極與分子間不同的接觸構(gòu)型造成;以Cu和Ag作電極的對(duì)苯二甲酸單分子結(jié)，采用ECSTM-BJ法對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接進(jìn)行線性統(tǒng)計(jì)就可得到很好的結(jié)果，兩種電極下都存在兩套電導(dǎo)值，高值均約為低值的3倍;且

4、對(duì)于這三個(gè)苯類羧酸分子而言，以Cu作電極的單分子結(jié)電導(dǎo)都略大于以Ag作電極的電導(dǎo)，這可能是因?yàn)榻饘匐姌O與分子的耦合程度不同引起的。以上結(jié)論表明了電極材料及分子構(gòu)型對(duì)分子結(jié)電導(dǎo)的影響。
　　2.采用ECSTM-BJ法，以Cu和Ag作電極研究了2，6-萘二甲酸、4，4'-聯(lián)苯二甲酸、2，2'-聯(lián)苯二甲酸的分子結(jié)電導(dǎo)。結(jié)果如下:以Cu作電極的分子結(jié)電導(dǎo)大于以Ag作電極的分子結(jié)電導(dǎo)，這是因?yàn)榉肿优cCu電極間的耦合程度更強(qiáng);同時(shí)，2，6-萘

5、二甲酸的單分子結(jié)電導(dǎo)小于1，4-萘二甲酸的單分子結(jié)電導(dǎo)，這是由于2，6-萘二甲酸分子中電子的傳輸距離較長(zhǎng)導(dǎo)致的;另外，4，4'-聯(lián)苯二甲酸單分子結(jié)的電導(dǎo)值小于2，2'-聯(lián)苯二甲酸單分子結(jié)的電導(dǎo)值，可歸因于電子在4，4'-聯(lián)苯二甲酸分子中的傳輸距離較長(zhǎng)。
　　3.以Au作電極，運(yùn)用STM-BJ法測(cè)量C42H44O9S4冠醚分子和C48H48O9S4冠醚分子與六個(gè)不同的離子Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+配位后形成的

6、絡(luò)合物的分子結(jié)電導(dǎo)，初步結(jié)論如下:對(duì)于C42H44O9S4冠醚分子來說，金屬離子的絡(luò)合基本不影響分子結(jié)的電導(dǎo)值，這可能是由于該分子中冠醚位于側(cè)鏈，離子的絡(luò)合不會(huì)影響分子主鏈的結(jié)構(gòu);而對(duì)于C48H48O9S4冠醚分子而言，金屬離子的配位使分子結(jié)的電導(dǎo)值變大，順序?yàn)?K+＞Li+＞Ca2+＞Ba2+＞Mg2+＞Na+，這可能是因?yàn)楣诿雅c離子絡(luò)合后造成主鏈中兩個(gè)苯環(huán)間的扭轉(zhuǎn)角發(fā)生了變化，而且金屬離子的絡(luò)合也會(huì)使分子能級(jí)發(fā)生改變，從而影響分子結(jié)