[发明专利]光致异构化合物及包含其的器件

说明书

本发明实施例公开了一系列光致异构化合物、其制备方法及包含该化合物的器件，其中，光致异构化合物通过酰胺共价键连接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成光致异构化合物‑石墨烯分子结器件。当单个光致异构化合物被桥接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙时，它们具有可逆的光控开关功能和电控开关功能。由该方法所制备的分子开关器件，能够实现高的可逆性和好的重现性，光控开关循环可以超过10⁴循环，电控开关循环可以达到约10⁵以上。此外，本发明的可逆的分子开关器件在超过一年的时间里保持稳定。另外，利用本发明公开的一系列光致异构化合物可以构建出柔性非易失有机记忆晶体管器件及光响应有机晶体管器件。

技术领域

本发明涉及单分子光电开关领域，特别涉及光致异构化合物及包含其的器件。

背景技术

纳米科技研究的快速增长为计算设备、太阳能收集、化学传感、光子学和光电子学、生物医学电子学(例如细胞-芯片连接、电子细胞、电子疗法和修复学)以及生物燃料电池的发展带来很大启示。开发基于可控的分子传导的电子器件一方面满足了进一步的设备小型化的迫切需求，另一方面满足了用于生物医学和纳米电子应用的有机和无机材料的需要。为此，关于分子纳米器件的构建已有多种方法，然而这些方法面临着重现性和稳定性的重要问题。

开关是几乎所有电子器件的基本元件，制造可靠的电子开关是分子能够用作电子器件的关键。分子开关已经被研究了二十年，但只有很少的研究证明了分子传导中的单向开关(也称作不可逆改变)。在制造可靠的(即稳定的且可重现的)分子开关中，最具挑战性的问题之一是缺乏对分子电极界面性能的有效控制。特别是，对于通过Au-S键连接在金电极之间的单个二芳烯化合物，仅观察到单向光电子开关(从闭环且导电的二芳烯到开环且不导电的二芳烯)。这种响应是由于在金电极的存在下，开环构象的分子的激发态被淬灭。因此，开发可逆的、并且重现性和稳定性良好的分子开关已成为本领域亟待解决的问题。

柔性存储器是未来信息存储领域的一个主要发展方向，其中柔性非易失有机记忆晶体管作为一类重要的柔性存储器，除了具有一般场效应晶体管存储器的优点外，还具有成本低、可低温及大面积加工、可挠曲等优良性能，在射频识别标签、柔性集成电路和柔性显示等方面展示出广阔的应用前景，但是柔性非易失有机记忆晶体管仍然处于实验研发阶段，其存储稳定性、可擦除性以及重现性尚需进一步改善优化。因此开发存储稳定性高、可擦除、重现性好的柔性非易失有机记忆晶体管仍是本领域需要解决的难题。

光响应有机晶体管，又称为光敏感场效应晶体管，光诱导是光响应有极晶体管的工作基础，其应用非常广泛，各种有机和聚合物半导体制作成的有机光敏场效应晶体管已有报道，但是在器件的光响应率、可逆性和重现性方面仍然不尽如人意。因此需要继续开发光响应率高、可逆性好、重现性好的光响应有机晶体管。

发明内容

本发明的目的在于提供多个光致异构化合物，并应用光致异构化合物制备出具有可逆光电转化的分子开关器件、重现性好的晶体管器件，如柔性非易失有机记忆晶体管器件及光响应有机晶体管器件。

本发明首先提供了一种二芳烯化合物，其具有下列通式中的任一种：

其中，C_n代表3-4个碳的直链亚烷基，该烷基上的H可以被至少一个F、Cl、Br或I取代；

在特定的光照条件下，式1与式2的化合物可以相互转化，式3与式4的化合物可以相互转化。

在本发明的具体实施方式中，上述的各通式化合物其具下式结构中的任一种：

上述式Ⅰ-1、式Ⅱ-1及式Ⅲ-1所示二芳烯化合物在一定条件，例如在紫外光照射下、优选在365nm的紫外光照射下，会发生闭环反应，分别生成式Ⅰ-2、式Ⅱ-2及式Ⅲ-2所示的化合物。