基于一维纳米线阵列表面自组装的光开关研究

作为计算机小型化的基础，分子逻辑器件的研究已得到较快的发展。目前，分子逻辑器件的研究主要集中于分子在溶液中的逻辑运算，远未达到单分子水平，而且溶液中分子的不易控制使其应用受到限制。因此，本项目在前期硅纳米线阵列和氧化锌纳米线阵列制备及硅纳米线表面自组装的基础之上，研究光功能逻辑分子在硅纳米线阵列及氧化锌纳米线阵列表面的自组装，制成多态多功能的逻辑器件。主要内容包括硅纳米线阵列及氧化锌纳米线阵列的可控制备及其对光功能分子表面自组装的影响；设计合成合适的光功能逻辑分子前体；比较不同的表面自组装方法对硅纳米线阵列及氧化锌纳米线阵列表面自组装的影响；选择表面自组装的最优化条件，实现光功能逻辑分子在硅纳米线阵列和氧化锌纳米线阵列表面自组装，最终组成纳米线阵列逻辑器件，并对其性能进行研究，为制备体积更小、集成化程度更高的分子逻辑运算器件提供重要的实验和理论依据。

本项目紧紧围绕硅纳米线和氧化锌纳米线阵列的可控制备、逻辑功能分子的设计、合成及其在纳米线表面的组装，构建纳米线阵列逻辑光开关开展了一系列的研究工作。通过化学刻蚀法和电化学沉积法很好地调控了硅纳米线和氧化锌纳米线阵列的形貌。在此基础上，设计、合成了不同的全光逻辑体系（螺吡喃体系、偶氮苯-环糊精体系），并将其组装在硅纳米线及氧化锌纳米线阵列表面，最终实现了基于纳米线阵列的双波长控制的全光RS触发器、三波长控制的全光多功能时序逻辑器件，有效避免了化学输入分子逻辑操作中副产物累积的问题；设计、合成了对Cu(II)、Zn（II）、NO、pH响应的罗丹明体系、荧光素体系、蒽体系，将其组装在硅纳米线表面，实现了不同输入的逻辑开关，很好的解决了溶液中逻辑分子不易控制的问题，为进一步组装多输入响应逻辑阵列奠定了基础；系统研究了纳米线与表面修饰分子之间的光诱导电荷转移过程；扩展了这些逻辑器件在传感方面的应用，实现了基于单根纳米线传感器的生物体系检测；把修饰物扩展到无机物（银、硫化镉、锰），研究了其光电性能和磁性能，为构建多功能光电磁逻辑器件打下了很好的基础。这系列工作为制备体积更小、集成化程度更高的分子逻辑运算器件提供重要的实验和理论依据。以这些工作为基础，我们在Appl. Phys. Lett., Chem. Commun., J. Am. Chem. Soc.等杂志发表了SCI研究论文15篇，申请发明专利6项，获授权2项。