[发明专利]一种具有可调控单分子电学特性大偶极矩有机内盐分子及其电导调控方法

说明书

本发明公开了一种具有可调控单分子电学特性的大偶极矩有机内盐分子及其电导调控方法。本发明中的有机内盐分子利用联茚满烯二酮类衍生物分子和带有氨基的化合物通过一步反应制得。本发明所制备的大偶极矩分子可以仅仅通过改变外界溶剂环境轻松地调控单分子电学特性，保证了分子化学结构不变的情况下，通过构型的变化调控单分子电学特性，并且分子构型变化前后同样具有良好的成结率。本发明采用的有机内盐分子制备方法及调控方法简单，对研究大偶极矩内盐分子的单分子电学特性提供了非常简便的途径。

技术领域

本发明属于有机材料技术领域，具体涉及一种具有可调控单分子电学特性大偶极矩有机内盐分子及其电导调控方法。

背景技术

自1946年美国宾夕法尼亚大学成功造出世界上第一台计算机后，计算技术和信息领域的电子器件处于高速发展的阶段。为了满足人类社会对科技进步的不断需求，进一步微型化和高集成度电子器件成为了信息技术发展的关键。而根据“摩尔定律”的推测，现在主要流行的硅基半导体器件的尺寸在未来将达到物理尺寸的极限。在制备工艺中，传统的“自上而下”的加工技术迎来了前所未有的挑战：巨大的加工成本、高集成度带来的高功率耗散和纳米量级尺寸下量子效应的主导作用。为了推动电子工业的向前发展，通过在电极之间耦合单个或多个分子构建分子器件这一策略成为了实现传统器件功能化的有效途径，是目前热门的研究领域。

目前，用于构筑分子器件的纳米级别分子可以被轻松地合成出来，并且通过对特定位置加以基团修饰实现分子器件的功能化表达。将分子与电极相连，构建纳米尺度的电极对，形成稳定的电流回路，以实现传导、整流、储存和切换的基本逻辑电路功能，可以预见未来这类器件的巨大发展潜力。显然，以单个分子、超分子或分子团簇构建功能性电子器件，替代传统半导体晶体管等固体元器件组装逻辑电路，最终形成分子计算机将会成为分子器件领域的终究目标。这样的分子器件相较于传统电子器件，有以下的几个优点：首先，由分子组成的功能单元极大的缩小了器件的尺寸(nm范围)，可以实现组装的逻辑电路的高度兼容性和性能提升。其次，可以通过化学合成方法轻松地对分子结构进行修饰，增加了分子结构的多样性，有助于在微观尺度上观察到新颖的物理现象，进一步理解电子的输运机理，为后续器件发展提供动力。最后，相较于需要集成的传统固态器件，化学分子另一个重要特点是可以进行大批量合成，所以具有更好的普适性以及较低的成本。

目前大部分被报道的分子器件的研究体系主要为中性分子，对单分子器件的性能与电极材料、锚定基团以及分子骨架的影响有了较为清晰的认知。但是对于内盐分子还十分不明确。内盐分子是整体呈现电中性、不同部分电荷分布不均匀的大偶极矩内盐分子的总称，分子内部具有较大的介电常数，与分布均匀的中性分子有着完全不同的电子结构。因此，合成一种内盐分子并对其进行研究对单分子器件的发展具有积极作用。

发明内容

本发明目的在于填补大偶极矩分子器件在单分子电学领域上的空白，制备一种具有可调控单分子电学特性的大偶极矩有机内盐分子，该分子可以轻松的溶解在各类常见的有机溶剂中，避免了大多大偶极矩分子结构只是水溶性优良，无法轻易制备成各种其他有机器件的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种具有可调控单分子电学特性的大偶极矩有机内盐分子，本发明中的有机内盐分子的结构如式(I)所示，

其中，R₁为硫甲基、硫乙酰基、巯基、氨基、羧基、氰基或吡啶；R₂为氢原子、卤素原子、芳香基、杂环芳香基或支链烷基。

本发明中的具有可调控单分子电学特性的大偶极矩有机内盐分子经过以下步骤制得：

S1：将式(II)所示化合物溶于溶剂中，得溶液一；溶剂由两种以上的醇混合而成，

S2：将乙酸和式(III)所示化合物加入到溶液一中，拌匀后得混合溶液；将混合溶液于90～140℃下回流反应0.5～12h，再分离提纯，即得具有大偶极矩的有机内盐分子。