分子电子器件讲述.ppt

分子导线 分子导线 * 分子电子器件 定义 应用具有一定结构的分子（包括生物分子）在分子或超分子尺度范围内构筑有序体系，通过分子层次上的物理或化学作用完成信息的检测、处理、传输和存功能的器件。 游效曾，《分子材料——光电功能化合物》 电子技术发展的五个阶段： 电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路 ? 指甲大小芯片上制成几百万个元件 摩尔定律： 每隔三个月，三极管尺寸约缩小1/2。 （ 0.18mm ） 极限：不太可能使金属导线小到0.1mm以下和在1mm2的硅片上制作25万个门电路。 提高集成度、缩小体积、增加功能 在分子水平上模拟生物过程来制造电子器件 （第六代计算机） 优点 （1）分子结构具有多样性和可剪裁性，易于实现分子间的连接，特别是可以用外加信号控制和改变这种连接，即网络特征，而这正是现有集成芯片的不足之处； （2）采用分子组装技术可以克服现有加工工艺中存在的亚微米障碍，极限情况下可以得到单分子或原子器件； （3）分子电子器件易于与传感器件或生物体兼容，为仿生信息系统的研制提供了可能。 分子电子器件 条件 （1）元件分子含有光、电或离子活性功能基； （2）能按特定需要组装成组件，大量组件的有序排列能形成更大的器件； （3）分子器件输出的信号易于检测。 研究目标 （1）功能材料、元件、器件模型的基础研究； （2）研制分子计算机系统和分子机器。 J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 15018–15025 一、分子开关（Molecular Switch） On Off stimuli red yellow Stimuli: 化学、光、电、磁 等 旋转 双稳态 二进制 Figure 6. (Left) Electron density map of the pure red monomer phase and (right) electron density map of the pure yellow dimer phase as revealed by photocrystallographic techniques. Besides the flipping of the phenyl residues toward the cyclobutyl ring during the addition reaction, the cycloaddition reaction also causes a rotation of the TFMS anion. It should be noted that, already in the monomer phase, the R-stypy(TFMS) molecules stack nearly perfectly on top of each other, forming a quasi-π-complexlike structure. 分子开关 1. 异构体互变与配位变化的分子开关 螺吡喃类化合物分子开关 光 配位作用 分子开关 2. 氧化还原实现的开关作用 Cu(I)索烃配合物的开关作用 J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4397-4408 In the rotaxanes, a ring is translated along a rodlike component on which it is threaded sp3 sp3d 分子开关 钌配合物的氧化还原开关作用 Redox-responsive luminescence switch 荧光淬灭 荧光 分子开关/导线 金属串分子开关 Redox-responsive metal–metal bonds 分子开关 J. Org. Chem. 2007, 72, 3108-3111 Complexation of Triptycene-Based Cylindrical Macrotricyclic Polyether toward Diquaternary Salts: Ion-Controlled Binding and Release of the Guests （三蝶烯） 分子识别 二、分子梭 （Molecular Shuttle） J. Am. Chem. SOC. 1991, 113, 5131-5133 J. Fraser Stoddart，第一个分子梭轮烷，两个苯醌基团被聚醚线（polyether “thread”）连接，穿入环状分子（“station”）内，在室温下每秒可平动500次。 分子梭 分子梭 二苯并[24]冠-8 二烷基胺 4,4’-联吡啶 识别点： 酸、碱可控的分子梭 分子梭 光驱动的分子梭 分子梭