功能聚合物纳米器件研究取得新进展

纳米器件的研究是纳米科学的核心之一，由于其在纳米电子学、纳米生物学以及光电器件中的潜在应用，近年来受到全世界的广泛关注并得以迅速发展。纳米器件的构筑方法主要有两种，以扫描探针显微镜 (SPM)系统构筑“模型器件”和以纳米间隙电极对构筑“实际器件”。运用纳米间隙电极对构筑器件的时候，要求纳米材料具有较好的刚性(如纳米碳管)，能够将纳米间隙电极对连接起来，而不是在两电极间团聚成一个线团的结构。

    自上世纪90年代以来，共轭聚合物以其优异的光电性能在有机光电子领域受到广泛的重视。然而，共轭聚合物在纳米器件中的研究则鲜有报道，主要有两个原因：一是大多数共轭聚合物的分子缺乏足够的刚性，很容易团聚，导致其难以“站立”在基板上以SPM构筑 “模型器件”，或以纳米间隙电极对构筑实际的器件；二是大多数共轭聚合物分子缺乏特异的功能性端基，导致聚合物分子缺乏与基板或电极结合的能力，使分子与电极的结合不稳。然而，对共轭聚合物纳米器件的研究，不仅可以将共轭聚合物拓展到纳米电子学领域，同时也为我们在纳米尺度/分子尺度上研究共轭聚合物，提供一个有益的手段。

    在中国科学院、国家自然科学基金委和科技部的支持下，化学所有机固体院重点实验室胡文平研究员、刘云圻研究员、朱道本院士与日本电话电讯株式会社合作，合成了一种既具有一定刚性，又带有自组装端基的聚苯乙炔类分子。他们采用电化学沉积技术制备了纳米间隙的金电极对，结合电场诱俘和稀溶液自组装技术，成功地制备了共轭聚合物的纳米器件。其研究结果表明，这种聚合物纳米器件具有良好的光电响应行为，其对光的响应速度达400Hz，比其薄膜器件的响应速度快得多(通常在数秒到几十秒)，是一个纳米尺度的理想光开关。同时，该纳米器件表现出理想的p-型场效应晶体管的性能(p-型场效应晶体管广泛应用于集成电路，CMOS器件等)，在低温下观察到类似单电子的响应行为。这一研究结果为共轭聚合物在纳米电子器件中的应用开拓了新的思路。

    有关研究成果已经发表在近期《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2005，127, 2804-2805 )上。