[發(fā)明專利]單分散性的激光響應光致移動的一維有機半導體微米帶及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103910728A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 車延科;張一帆;龐喜斌;籍宏偉;趙進才
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07D471/06
• 分類號: C07D471/06;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發(fā)明屬于有機半導體微米器件材料，特別涉及微觀尺度具有光能轉化為機械能，從而實現(xiàn)對外做功的單分散性的激光響應光致移動的一維有機半導體微米帶及其制備方法和應用。?

背景技術

在生物體系中，存在一種蛋白可將化學能或是細胞膜內外不同的電化學梯度轉化為機械能從而實現(xiàn)細胞內物質轉運或是整個細胞的運動。受到這種生物體內蛋白馬達的啟發(fā)，如何實現(xiàn)通過人工合成的方法制造各種機械能轉化器件，實現(xiàn)將其它形式的能量如光能、電能、熱能或化學能轉化為能夠實現(xiàn)做功的機械能是十分吸引人而且極富有挑戰(zhàn)性的問題。?

通過有機合成的方法制造出不同形式的分子馬達實現(xiàn)將其它形式的能量轉化為可以實現(xiàn)做功的機械能相比于其它無機或金屬機械動力材料具有很多的優(yōu)勢。?

首先，相比于無機或金屬機械動力器件，通過有機合成的方法合成出的機械動力器件具有結構和性質可控性高以及功能多樣性高的優(yōu)勢。可以通過取代基的添加與修飾有目的地改變有機單體結構，可以精準的調控分子的物理和化學性質。隨著有機超分子化學的發(fā)展，通過更改有機構筑單元的結構可以進一步改變整個聚集體的排列方式，從而為制造出不同形式的功能性機械材料提供了更加廣闊的前景。?

另外，相比于無機或是金屬機械器件，人工合成的有機機械動力材料在尺度上有著無機材料無法比擬的優(yōu)勢。有機分子的大小通常為幾個埃到幾個納米的尺度，這種尺度的無機或金屬機械材料在現(xiàn)今工業(yè)加工方面是無法實現(xiàn)的。因此在微納米級的微觀世界中，功能化的有機機械動力材料有著廣泛的應用價值。比如生物體內想要實現(xiàn)物質的運輸，藥物分子想要實現(xiàn)定向的靶細胞輸運都可以通過有機機械動力材料實現(xiàn)。?

相比于其它通過化學能或電能轉化為機械能的有機機械動力材料，光致機械動力材料有著很大的優(yōu)勢。第一，光能可以認為是源源不絕而且綠色環(huán)保的能量源泉，通過光能轉化為機械能從而實現(xiàn)做功對于環(huán)境保護方面有著極其重要的影響；相比于通過傳統(tǒng)化學能轉化為機械能如煤炭的燃燒，石油的燃燒，有機光致機械動力材料不存在能源枯竭這一巨大的問題而且沒有二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等各種導致環(huán)境問題的有害副產(chǎn)物的生成。第二，相比于電能受到電力存儲極限的制約，需要極高的成本才能夠以實現(xiàn)長期持續(xù)的供給；而且電能在很大程度上不是直接能源，需要消耗各種包括傳統(tǒng)化學能在內的各種其它能源轉換獲得。第三，相比于其它類型的能源，光能有著易于控制的優(yōu)勢，光傳播速度極快且傳播距離很遠，因此可以通過光能實現(xiàn)遠超于其它形式的遠程控制；光強與光路的易于調節(jié)可以降低通過改變光性質實現(xiàn)控制做功方式的成本。激光的出現(xiàn)更是讓光可以聚集到某一微小區(qū)域，在微觀尺度上可以實現(xiàn)微納米級別的控制，在宏觀尺度上更是因為激光的單向性使得通過光控制機械動力材料的范圍大大提高。?

時至今日，通過光能轉化為機械能的材料必須經(jīng)過分子構型的改變。實現(xiàn)這種分子構型的改變通常分為以下幾類。第一類是通過化學反應改變分子順－反構型從而實現(xiàn)分子構型改變達到整體材料的構型改變，如偶氮類化合物。第二類是通過化學開環(huán)、閉環(huán)改變分子構型改變使得整個材料發(fā)生形變；這類分子的代表包括俘精酸酐類、三苯代甲烷類、螺吡喃類等。然而這類分子都存在一個光致形變極限值即全部發(fā)生化學反應后可能導致的最大形變值。第三類是通過化學反應完成一個循環(huán)，荷蘭科學家Ben?L.Feringa通過位阻很大的對稱二苯代乙烯通過繞碳碳雙鍵單向完成360度旋轉循環(huán)的有機單分子馬達實現(xiàn)了一種可持續(xù)的循環(huán)做功材料。然而由于中間需要一段熱力學上穩(wěn)定的分子重排導致這種材料需要不斷切換光源才能完成一次循環(huán)。同一課題組研發(fā)的第二代有機單分子馬達通過改變雙鍵周圍取代基的環(huán)境降低了熱力學一步分子重排的能壘從而實現(xiàn)了室溫下分子重排的進行。之后，該課題組通過進一步將有機單分子馬達固定在液晶表面下部形成雙層結構，通過單分子馬達擾動液晶從而實現(xiàn)對外進行做功。至此，他們實現(xiàn)了在微納米尺度的有機單分子機械馬達的構建并實現(xiàn)了微納米尺度做功的目的。這是世界上第一例脫離溶液并能在微納米尺度進行旋轉做功的有機光致動力材料。然而，這種通過轉動對外做功的行為必須通過一種介質才能對外進行做功。因此，隨著超分子化學的蓬勃發(fā)展，如何將大量的有機光致單分子馬達協(xié)同起來，在空氣中實現(xiàn)對外做功具有重大的實際應用意義。?

如何實現(xiàn)有機聚集體微納米尺度的光致機械材料，需要克服幾個重要的難點。?