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研究概述

合成高結晶共價有機骨架（COF）薄膜是推進其在二維（2D）光電子學中應用的迫切需要，但仍然是一個巨大的挑戰。

2024年12月2日，中國科學院化學研究所陳建毅、董際臣、郭云龍和北京大學趙曉續在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device》的研究論文。

在這里，作者報道了一種晶圓級均勻共價有機框架薄膜的擴散限制合成策略，其中預先沉積的4, 4′, 4″, 4?-(1, 3, 6, 8-四(4-氨基芳基)）芘被一層共價有機骨架預聚物封裝在基底表面，不僅可以防止前體的溶解，而且可以限制與在溶液中溶解的對苯二甲醛的反應，從而調節聚合過程的尺寸。

薄膜的尺寸取決于生長襯底，研究人員在硅芯片上合成了4英寸薄膜，通過調整構建單元和聚合化學來控制它們的結構、厚度、圖案化和結晶度，并使用二硫化鉬作為基底來構建垂直異質結構。

測量結果表明，采用共價有機骨架作為感光層，異質結表現出增強的光電性能，可用于模擬視覺系統的自適應功能。

圖文解讀

圖1：擴散限制合成2D COF薄膜

圖2：PyTTA-TPA COF薄膜的透射電子顯微鏡（TEM）表征

圖3：基于PyTTA-TPA/COF/MoS₂的光電晶體管的光敏表征

總結展望

本研究開發了一種低成本、通用的擴散限制方法，直接在基底上合成高結晶度的2D PyTTA-TPA COF薄膜。與蒸汽-固體過程中的聚合和結晶不同，該方法通過控制PyTTA分子的取向和TPA單體的擴散來調節基底表面的聚合和結晶過程。所得到的COF薄膜表面光滑，厚度可控。在MoS₂薄膜上生長的PyTTA-TPA COF薄膜具有高結晶度和取向性，這一點通過TEM和GIXRD得到了證實。

此外，該方法還可以用于制備結晶的PyTTA-BPyDCA、TAPB-DMTA和ETTA-BPDA COF薄膜，表明該方法的普適性。使用PyTTA-TPA COF/MoS₂混合材料薄膜作為活性材料，所得到的光電晶體管顯示出增強的光電性能，可以模擬人眼視覺系統的適應性功能。

本工作為定向2D COF薄膜的工業化制備及其在交互式人工智能中的應用做出了貢獻，這對于基礎研究和實際應用都具有重要意義。

文獻信息

Liu, M., Kuang, J., Han, X.?et al.?Diffusion limited synthesis of wafer-scale covalent organic framework films for adaptative visual device.?Nat. Commun., (2024).

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/31/830daa852c/

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