三维形貌可控结构自组装：从模型到性能

The issue, which is about precisely control the spatial arrangement of optoelectronic functional molecules in the range of nanosize and multidimension, is the key to realize the novelty optoelectronic functional material and device. In here, we propose a new method, from which we can precisely control the nucleation site, growth orientation and rate of molecules. Then we can precisely manipulate the spatial arrangement of molecules to form shape-controllable 3D architecture. In this program, we together simulation, theory and experiment to elucidate the mechanism of our new method. We try to establish a theoretical model to predict the shape of 3D architecture. Then we will test the optoelectronic property of different shape and establish a model between shape and optoelectronic property. We can predict the high-performance shape from the established model. Finally, a relationship among model, shape and property will be produced. Our program will provide a useful theory and method foundation for the realization of high - performance photoelectric function industrialization.

如何在纳米尺度以及多个维度内精确控制光电功能分子的空间排列是制备新型光电功能材料和器件的核心问题。为此我们提出了一种新方法，可以通过调控液桥形貌来精确控制分子的成核位点、生长方向以及生长速率，从而可以精准控制分子的空间排列形成特定三维结构形貌。本项目将采用模拟、理论以及实验相互验证的方式阐述新方法控制三维结构形貌的机制，建立可预测形貌的机理模型。其次测试不同形貌对光电性能的影响，并建立不同形貌与光电性能之间关系的机理模型，从而可预测具有最佳性能的形貌。最终系统的建立起模型-形貌-性能之间的关系链，为实现高性能的光电功能产业化奠定理论和方法基础。

如何在纳米尺度以及多个维度内精确控制组装单元的空间排列是制备具有新颖功能器件的核心问题。为此我们提出了一种新方法，可以通过调控液桥形貌来精确控制分子的成核位点、生长方向以及生长速率，从而可以精准控制组装单元的空间排列形成特定三维结构形貌。本项目结合实验、计算机模拟以及理论计算的手段，分析了影响组装的核心因素，建立了预测组装微结构几何形貌的机理模型，最后利用该方法在柔性可拉伸基材表面制备了几何形貌可控的微结构，为实现柔性可穿戴电子设备奠定了理论基础。.我们通过计算机模拟以及实验结果证实了液桥组装微结构的质量取决于三相接触线处液体的蒸发速率，而蒸发速率则取决于液桥局部的曲率。通过该结论实现了对组装速率大小以及组装方向的精确控制。进一步通过分析不同因素对组装得到的微结构形貌的长，宽，高的影响，建立了预测理论模型，并通过与实验结果对比验证了模型的正确性。结果指出影响微结构长度的因素为模板的长度，影响微结构宽度的则为组装单元的粒子直径以及基材的亲疏水性，影响微结构高度的为组装单元的浓度。最后利用液桥方法实现了组装单元在柔性基材的有序组装。曲线形的微结构可在柔性基材实现任意的拉伸以及压缩，并在有形变发生的情况下依然保持较高的电子迁移率，为实现柔性可穿戴电子设备奠定了一定的理论基础。.在青年基金的支持下，以主要作者分别在Nature communication, Journal of Physics: Condensed Matter, Meccanica, APL Materials, Results in Physics杂志发表SCI论文共计5篇。培养硕士研究生2名。