有機介賍自組裝超薄膜之研究

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1、毫微米通訊有機介質自組裝超薄膜之研究12李之釗、郭真寬、楊忠諺、戴寶通12臺灣大學化學系、臺灣大學材料科學與工程學研究所國家毫微米元件實驗室究。又如以超薄膜來製備具特殊功能的元件簡介等等皆是其應用，在此，我們對此種自組裝最近，自組裝超薄膜(self-assembled超薄膜的製作及性質作淺顯的介紹，並對我(1)-(3)ultrathinfilms)的研究非常盛行，無論在們現階段對功能整合自組裝層狀薄膜的初步化學，物理，生物，以及材料科學，分子自結果作一番討論。組裝或超分子系統皆能很快的和他們有興趣(

2、4)的系統相結合，如Fig1.所示。因為此方法功能整合自組裝層狀薄膜的製備能無須外在作用力的介入下將個別具特殊性質的分子自發性的(spontaneous)建構組裝成自組裝超薄膜的製作主要是在如氣體/液有序的超分子(supramolecule)，此種自發性體或液體/固體等介面形成。利用含親水和疏過程的驅動力ÒdrivingforcesÓ通常是由分子水兩種不同官能機的兩性高分子自我重排而間的作用力(intermolecularinteraction)所形成能在空氣和水的界面形成一般稱之為“浮萍的複雜系統

3、，如生物膜的結構—功能模擬研狀”(duckweed)的單一膜，再藉由Langmuir-第七卷Figure1.Illustrationoftherelationshipbetweenmolecularself-第assemblysystemsandseveraldisciplines,suchaslife四sciences,materialssynthesis,andsupramolecularchemistry期24毫微米通訊上，Fig3(C)則是典型的帶陰離子和陽離子的化合物結構，poly(sty

4、renesulfonate)的鈉鹽和poly(allylaminehydrochloride)。此種方法已被認為是一種簡單快速又有效的方法，不受基板大小和形狀的影響，其成膜亦具有機械和化學的穩定性，故現今這(2)Figure2.LBfilm成膜示意圖種一層一層組合建構成膜的技術被認為在建構多組態超分子結構時是一種有效又多用途Blodgett(LB)薄膜的技術而能形成如Fig2.中的方法，能有效的控制組成和層的厚度。而的結構。當然其中包含了許多細節，如化學我們今天用來製作薄膜的就是這種技術。我吸附和凡

5、得瓦作用力等，而我們不在此贅們有興趣的主要為以有機高分子介質和具發述。光性和有未成對電子之無機鹽類錯合物的結另一種方法是用物理吸附的方法，可稱合及微調來製備薄膜，以下就是我們的一些之為dip-coating的方法，將帶相反電荷的離結果和討論。子物質一層一層，週而復始的在溶液及固相的界面上形成層狀奈米結構。此種方法最早結果與討論(5)是由Decher於1991年所提出，如Fig3(A)中所描述，此方法非常簡單又有效率，只需(1)發光性自組裝薄膜的研究要基板和數個燒杯即可完成，其中1和3是有機發光二極體

6、(OrganicLightEmitting表示陽離子和陰離子的稀釋溶液吸附於基板Diodes,OLED)近來因在大面積平面顯示器的過程，而2和4則是清洗的過程；當然這的應用上有極大潛力而有快速的發展。只是一最簡單建構(A/B)n的簡化的示意圖，OLED中的發光層可經由光激發光Fig3(B)則是一簡化理想模式的圖來表示最(Photoluminescence,PL)及電致發光開始的兩層如何吸附於已帶正電荷的基板(Electroluminescence,EL)兩種機制發光。一般而言，有機電致發光材料可分為

7、小分子及高分子材料，其均具有共軛分子結構。其中元件的發光層或電荷傳導層，除了一般的蒸鍍及旋轉塗佈方法外，利用分子間自組裝效應所做成的薄膜亦有投入不少研究。在本實驗室中，曾利用PPP衍生物PCPD及PPV的前驅物之pre-PPV(如Fig4.(a),(b))兩種共軛高分子間之相反電荷作用力第七卷Figure4.ChemicalstructuresofPCPD,pre-PPV第(5)四Figure3.Dip-coating方法的示意圖andPPV期25毫微米通訊下進行可發光薄膜的研究。實驗結果顯示(Fi

8、g5.)，當兩種高分子溶液在某固定的濃度下，經由在ITO玻璃表面多次的交互浸泡及吹乾下，薄膜在320nm波長位置的紫外光吸收(PCPD)呈線性的增加，SEM的圖譜亦證明了此方法可有效控制膜厚的成長(50層的monolayer約1000，在小角度X-ray繞射下，在2角4.3¡的位置附近亦有寬廣的繞射峰)。Fig6.為PCPD/pre-PPV經熱處理後轉化Figure7.ELspectraofPCPD/PPV(50layers)成PCPD/PPV的PL圖譜。一層接著一層