表面能与有机单晶生长特性的范例研究

摘要

单晶形貌的预测和调控在半导体、制药、催化等领域至关重要.Gibbs-Curie-Wulff理论认为在热力学平衡条件下,晶体的平衡形貌要保证体系总自由能最低.此理论被大量实例证实适用于无机单晶(特别是无机纳米晶).有机单晶的形貌是否可用Gibbs–Curie–Wulff理论预测并没有被证实.此研究选用了一种棒状无支链的具有良好的场效应晶体管性能有机半导体分子为研究对象.首先采用理论计算得到了该分子数个低指数晶面的表面能，并基于Gibbs-Curie-Wulff理论预测了晶体的平衡形貌。随后采用物理气相沉积的方法生长晶体，成功得到了微米尺度的单晶。研究发现在高温区生长得到的单晶形貌和理论预测的形貌相符合。原因是高温区传质速率快，晶体处于热力学平衡态。处于低温区的单晶受低传质速率的限制，晶体偏离平衡形貌。该研究为有机半导体形貌的精确预测和生长习性的调控提供了理论依据，在有机单晶研究领域具有重要意义。