有机一维纳米复合材料的构筑与光子学性质研究

纳米光子学是一门多学科交叉的前沿学科。目前对纳米光子学材料的研究多集中于单组分的无机半导体领域。有机材料由于分子结构的多样性、可设计性引起人们越来越多的关注，其表现出来的优异的光电特性，可能为光子学材料和器件的设计与合成带来新的契机。单一组分的低维材料，无论是有机材料，还是无机材料，其光子学性质都无法突破材料本身结构的限制，而且各种材料都有自身的局限性。将其它材料复合到有机低维结构中，通过不同材料之间的有效结合将有望实现各种单组分材料均不具备的新的光子学性质。本项目中我们将筛选设计几类重要的有机光子学材料，构筑一系列掺杂和异质结构的一维纳米复合结构。在纳米尺度上研究复合材料中不同组分之间的电荷转移、能量传递等相互作用与电子过程对其光子学性质的影响，从中总结出复合材料光子学性能调控的一般规律，进而指导我们进一步设计与合成具有特定光子学性能的新材料。

材料结构的尺寸减小到纳米尺度时可引起许多不同于常规体系或宏观体材料新奇现象，而纳米材料的复合更是有望呈现单一材料所不具备的光电特性，并由此实现许多新颖的功能。本项目从有机材料分子结构多样性和可设计性、掺杂性能、加工性、化学反应性、发光效率等优势出发，主要着眼于有机一维纳米复合材料的构筑、研究其与光电相互作用的内在规律并由此实现相关微纳光电功能性器件。我们发展了若干有机材料为主体的一维纳米复合材料的液相、气相制备方法，成功制备出一系列形貌与组分可控的有机掺杂一维纳米结构以及低维有机-有机、有机-金属等异质结纳米结构；基于低维有机掺杂纳米结构以及有机-有机、有机-无机异质结纳米复合体系，深入研究了不同有机材料组分间的激子能量转移过程以及激子与其他能量载体（如光子、表面等离子体）间的转化过程并依此构筑了一系列功能性微纳光子学元件，分别具备光源、信号调制、分光路由、逻辑处理、波分复用、传感探测等功能，充分体现出从分子设计组装到器件功能调控的新途径。