有机分子薄膜生长表面动力学的实时原位荧光显微方法研究

存在巨大市场前景和发展潜力的有机分子薄膜器件，倍受工业界和科学界的重视，成为世界各国竞相发展的领域。有机分子薄膜生长的表面动力学特性是影响薄膜器件功能和性能的关键因素。本项目研究一种荧光显微技术与超高真空有机分子薄膜生长技术相集成的表征有机分子表面动力学特性的新方法，进一步优化前期预研的有机分子薄膜生长荧光显微系统的工作性能，通过实时原位成像监测薄膜纳米结构生长动态信息和有机单分子、分子簇团表面运动扩散特性，提炼出薄膜几何形貌特征、生长速率、均匀性等一系列生长信息的变化规律，获得薄膜生长表面动力学关键参数。本项目的研究成果可为明晰薄膜生长机理提供重要实验依据，进而为制备高质量有机分子薄膜、高性能有机分子薄膜光电器件提供相关技术服务。

有机分子薄膜器件具有广阔市场前景和极大的科研价值，有机分子薄膜的形貌、分子排列、结晶特性是影响有机分子薄膜器件性能重要因素，实时监控有机分子薄膜生长过程，深入研究有机分子薄膜生长的表面动力学对薄膜质量控制至关重要。.本项目将荧光显微技术拓展到表面科学及薄膜生长所需的超高真空环境之中，将荧光图像处理、光谱分析、信息识别技术进一步深化到有机分子薄膜生长模式、形貌特征评价之中，将生物细胞学中广泛应用的单分子跟踪理论发展到单分子/分子簇团的表面扩散特性表征之中，以建立一种新的可实时原位获得有机分子薄膜生长表面动力学关键参数的精密测试方法。研究内容和成果主要有：. 1）研制成功超高真空荧光显微分子生长特性监测系统。该系统将衬底/样品变温模块、快速衬底/样品装卸载结构、荧光显微术及多功能数据分析融合一体，成为在超高真空环境下，开展有机分子薄膜生长过程中实时原位荧光显微监测的重要实验手段。. 2）建立了基于荧光显微术的有机分子薄膜生长表面动力学实时原位研究方法。采用Contourlet结构相似度CSSIM算法，客观评价图像质量；构造新型幂型阈值函数，建立荧光图像小波去噪方法；阐明薄膜生长荧光显微图像实时采集与分析系统构筑思想，确立薄膜生长成像监测算法，可实现有机分子薄膜生长纳米结构实时荧光成像分析；改进单分子跟踪算法，优化基于荧光显微图像的实时单分子跟踪软件，以进行单分子扩散特性评价。. 3）基于荧光发射强度影响因素的理论分析，实验表明在超高真空环境下进行荧光观测具有极大的优势，可以忽略不计的氧气含量，使得分子的荧光猝灭现象极不明显，而与此相对的大气环境，则会造成荧光光强随照射时间指数递减，导致较为严重的荧光猝灭。. 4）实验开展了p-6P分子椭偏谱实时原位采集与分析。结果表明，在光子能量3.9eV处，p-6P分子椭偏谱存在负特征峰。. 5）以云母为衬底，以p-6P、Rhodamine为实验分子，开展了一系列有针对性的有机分子生长实验。得出了p-6P分子在云母衬底上的纳米纤维的准一维线性生长规律，并发现p-6P纳米纤维晶体生长形貌与衬底沉积温度密切相关，其长度尺寸随沉积温度升高而增大，分布密度随沉积温度升高而减小。同时，实验研究了Rhodamine分子在云母衬底上的Disk生长过程，得出了其椭圆式生长规律。