有机微纳晶体优越的光/电子传输能力使其在光波导、光学逻辑门、p-n异质结等光电领域显示出巨大的应用前景。然而，目前对于有机分子的复杂动态组装特性仍然缺乏深入的理解和控制。特别是如何实现π-共轭分子微纳晶体的组成、尺寸和低分散性的可控制备仍然是一个艰巨的挑战。
图1. 有机半导体材料的同质和异质活性外延生长示意图
微间距物理气相传输技术（PVT）利用前驱体衬底和产物衬底的温度差，促使经过短程气相传输的有机半导体分子结晶。该气相制备方法具有制备成本低、易于操作、产率高等显著优点。通过使用微间距物理气相传输技术，研究人员初步研究了π-共轭有机微纳晶体的活性外延生长行为：首先，利用该方法分别制备了较短长度的A、B一维微米棒。随后引入不同浓度的A及A/Pe前驱体溶液分别作为二次生长组分，以预先形成的A、B一维微米棒作为对应的晶种，验证该有机半导体分子的活性组装特性。系统性研究发现，在相同的加热温度和时间下，随着A及A/Pe前驱体溶液与A及B种子前驱体浓度比值的增加，生成的微米棒的长度持续增加，且长度与浓度比呈线性关系变化，实现了有机晶种的活性同质外延生长（图 2）。
图2. 基于活性同质外延生长的A和B微米棒的光学表征及长度统计图
研究人员以预先合成的A微米棒作为活性种子，以A/Pe前驱体溶液作为二次生长组分，利用上述气相技术制备出B-A-B型荧光三段式异质结。反之，A-B-A型嵌段式异质结也被成功制备。该结果表明在A、B微米棒种子的活性端头均可实现异质外延生长，且其长度具有低分散性（图 3）。
图3. 基于活性异质外延生长的B-A-B和A-B-A三段微米棒异质结的光学和结构表征
该课题组研究人员通过引入更多二元π-共轭CT合金体系，实现了一系列正向及反向三段微米棒荧光异质结的可控合成，并进一步理性合成了更为复杂的由A和B组成的五和七段微米棒异质结构（图 4）。
图 4. π-共轭二元合金体系的分子结构和多段异质结构的光学表征
与液相活性结晶驱动自组装和活性超分子聚合过程类似，利用简单的微间距物理气相传输技术（PVT）证实了有机半导体同样具有活性组装行为，并揭示了该生长方式的普遍适用性。
参考 献:
Hai, T.; Feng, Z.; Sun, Y.; Wong, W.-Y.; Liang, Y.; Zhang, Q.; Lei, Y. Vapor-Phase Living Assembly of π-Conjugated Organic Semiconductors.ACS Nano2022, DOI: 10.1021/acsnano.1c11295.
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