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本文利用扫描隧道显微镜(STM)研究了室温大气下有机共轭分子四硫富瓦烯(TTF)及其衍生物(TTFs)与正十四烷(n-C14H30)的混合溶液在高定向热解石墨(HOPG)表面的自组装行为,结果发现TTF及其衍生物分别与n-C14H30自组装形成交替有序的相分离结构。
论文主要研究内容及成果总结如下:
1.在室温大气环境下,利用STM观察了n-C14H30溶剂分子在HOPG表面形成的长程有序的薄片结构。与长链烷烃(n-CnH2n+1,n>16)不同的是,n-C14H30分子以全反式构型垂直吸附于石墨表面。与全反式平行结构相比,这种排列方式增加了单位面积烷烃分子的数目,从而有效降低表面吸附能,使系统总能量最低。当n-C14H30与n-C16H34混合溶液在HOPG表面时,长链烷烃分子n-C16H34优先吸附在HOPG表面形成长程有序的薄片结构。
2.针对TTF及其衍生物分子与n-C14H30的混合溶液在HOPG表面的吸附行为,我们选择并分别研究了tetrathiafulvalene(TTF)、4,4’-diphenyltetrathiafulvalene(DP-TTF)和Bis(4,5-dihydronaphtho[1,2-d]) tetrathiafulvalene(DH-TTF)三种不同的分子在液/固界面的自组装行为。结果表明:该类分子与n-C14H30在HOPG表面自发形成周期交替的带状相分离结构。n-C14H30分子的碳骨架以全反式构型平躺于HOPG表面,形成双分子薄片。TTF分子平躺于HOPG表面形成单/双分子薄片,而DP-TTF分子和DH-TTF分子由于分子之间较强的π-π相互作用,形成与基底呈一定角度的二维有序单/双分子线结构。我们根据相场理论,对STM观察的现象加以定性地解释:双组分溶液单层的自由能、相边界能和表面张力决定了TTF(或TTFs)分子和n-C14H30分子有序相的平衡尺寸。表面张力的各向异性使基底对称性破缺,引起n-C14H30分子沿石墨基底<010>方向吸附排列,而n-C14H30分子带的取向进一步诱导了TTFs薄片结构的取向。
3.利用扫描隧道谱(STS)测量了单个TTF、DP-TTF、DH-TTF和n-C14H30分子的I(V)曲线。结果表明,单个TTF、DP-TTF以及DH-TTF分子具有明显的整流特性,而n-C14H30分子随着偏压的增大隧道电流有微弱的增加,曲线表现为单隧道结特性,无明显不对称性。