利用气泡辅助实现高精度分子组装图案化的方法

　　分子器件在器件微型化和多功能化方面具有诱人的前景，但当前大面积制备纳米级精度的有机分子图案依然是一个重大的挑战。

　　为了实现有机分子的高精度图案化，科学家们已经发展出众多方法，但依然面临各种限制和挑战。例如，传统的界面组装方法(L-B膜方法)虽然可以实现高精度的分子组装，但在图案化方面存在着巨大困难。基于表面活性剂分子的泡沫体系具有非常大的比表面积和高界面层精度，具有获得高精度图案的潜力。然而，传统的泡沫演化会受到奥斯特瓦尔德（Ostwald）熟化的影响，整个体系存在“弱肉强食”的气泡吞并过程，使得泡沫结构难以形成稳定可控的图案，无法实现图案化组装。

　　近日，中国科学院化学研究所的宋延林研究员、乔雅丽研究员与张贞研究员、过程工程研究所闫学海研究员等合作，利用TPPS(meso-tetra(4-sulfonatophenyl) porphyrin)为模型分子，提出了一种利用气泡辅助实现高精度分子组装图案化的方法。

　　在前期研究的基础上，研究人员利用图案化的硅柱模版来控制泡沫体系中的气泡演化，使奥斯特瓦尔德熟化得到抑制，最终获得图案化可控的泡沫图案。有机分子的组装过程可以分为两个不同阶段，即气泡演化过程和分子组装过程，分别由拉普拉斯压和分子间相互作用控制。通过调控组装过程中的溶液浓度和接触角，可以得到大面积的有分子网格图案，图案精度可以达到80nm。

　　结合分子动力学模拟、紫外光谱、微区拉曼以及二次谐波检测，研究人员给出了在气泡辅助条件下的分子组装结构。研究表明，表面活性剂分子以及有机功能分子在组装过程中承担了不同功能，并发现由表面活性剂和有机功能分子组成的双组分气泡辅助组装体系，表面活性剂与有机功能分子需要有相同的电荷，以保证气泡系统的稳定。

　　该方法为实现有机功能分子的大面积高精度的图案化提供了一种新策略，具有广泛的适用性，并有获得更高精度图案的巨大潜力。