含苯环功能分子隧道结的制备及其电学性能研究

论文摘要

电子在有机分子中的传输机理已成为分子电子学领域的重要课题。本论文以金属镓作电极材料,利用分子自组装技术构筑毛细管分子隧道结,研究了不同功能分子隧道结在常温下的电学性质及分子结构对电子传输特性的影响。实验过程中测定了“镓-自组装有机分子层-镓”分子隧道结的I～V曲线和dI/dV～V曲线。分子隧道结的能带宽度值可以由dI/dV～V曲线测算出来。通过研究能带宽度随分子结构的变化规律来研究功能分子的结构对隧道结电子传输特性的影响。同时,采用Gaussian软件进行理论计算,研究不同分子的最高已占轨道与最低未占轨道的能级差值（HLG）与电子传输特性的关系。本论文中通过对C6H4Br2、C12H8Br2、C6H6O2、C12H10O2、C6H8N2、C12H12N2、C6H4Cl2、C12H8Cl2、C6H4I2、C12H8I2、C8H6O4、C14H10O4等一系列含苯环结构的功能分子所构筑的分子隧道结的电子传输行为的研究发现,实验中所使用的有机分子构筑的分子隧道结在常温下都表现出非线性的电子传输特性,具有整流性能;当末端官能团相同时,主链结构中苯环数量越多,电子越容易在分子隧道结中传输;有机分子的末端官能团对分子隧道结的电子传输特性有影响,当主链结构相同时,末端官能团的电负性越大,电子在分子隧道结中的传输越困难。通过对不同有机分子进行理论计算发现,其HLG值与实验中测得的毛细管分子隧道结能带宽度值的变化趋势一致。这表明采用“镓-自组装有机单分子膜-镓”分子隧道结来研究分子中的电子传输特性是科学、合理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 纳米器件简介
• 1.1.1 纳米器件的分类
• 1.1.2 纳米器件的加工技术
• 1.1.3 纳米器件发展趋势
• 1.2 分子器件简介
• 1.2.1 分子器件的定义与研究目标
• 1.2.2 传统电子器件不足及分子器件的优点
• 1.2.3 常见分子器件及其研究进展
• 1.2.4 分子器件发展趋势
• 1.3 量化理论计算研究简介
• 1.3.1 计算方法
• 1.3.2 基组的影响
• 1.4 分子隧道结的电子传输机理
• 1.5 本论文研究的目的与意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 毛细管分子隧道结的制备
• 2.2.2 分子隧道结电学性能的测试
• 2.3 理论计算
• 2.3.1 计算软件
• 2.3.2 计算内容
• 2.3.3 计算方法与基组
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 不同功能有机分子电子传输行为的实验研究
• 3.1.1 分子隧道结能带宽度值的测量方法
• 3.1.2 实验能带宽度值的柱状分布图
• 3.1.3 不同功能有机分子的能带宽度值
• 3.2 不同功能有机分子电子传输行为的理论研究
• 3.2.1 单个功能有机分子的HLG 值计算结果
• 3.2.2 扩展分子的HLG 值计算结果
• 3.3 研究结果分析与讨论
• 3.3.1 苯环数量对分子隧道结电子传输的影响
• 3.3.2 不同末端官能团对分子隧道结电子传输行为的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附件
• 致谢