重慶大學胡文平教授課題組開發了一種生長二維有機半導體晶體的新方法——“溶液外延”法。先將少量單體溶液分散在水面，通過溶劑揮發及單體分子間的強相互作用力自組裝成小晶體，再以小晶體為晶種，在其上滴加新的單體溶液使其外延生長。

二維有機半導體晶體（2DCOS）與傳統有機半導體相比，具有以下優勢：1）可通過分子設計獲得一定的功能和理想的能帶結構；2）出色的柔性；3）溶液可加工性。然而由于缺乏晶體受控生長的方法，對二維晶體結晶過程不夠了解，阻礙了對2DCOS的研究。這里胡文平教授課題組開發了一種新的在水面上生長2DCOS的方法，稱為溶液外延法。這一方法將為更多二維晶體材料的制備和研究提供新的思路。

【圖文導讀】

圖1. 2DCOS生長過程示意圖。a）將溶液滴落到水表面上，b）溶劑蒸發導致分子聚集，c）通過π-π相互作用的分子組裝，d）在水表面上的自組裝2DCOS，e）基于小2DCOS的外延生長，f）水面上的大面積2DCOS。

具體方法如下：將數十微升的單體溶液滴到水面上（圖1a），單體通過表面張力在整個水面上快速擴散（圖1b）。隨后，有機半導體分子通過強π-π相互作用開始聚集（圖1c），并變成微米大小的2DCOS（圖1d）。利用微米級的2DCOS為晶種，再其上滴加新溶液（圖1e），導致小2DCOS的外延生長，獲得尺寸為毫米或甚至超過1厘米的2DCOS（圖1f）。為了更好地控制晶體生長，溶劑的選擇和溶液濃度對于這種“溶液外延”至關重要，這樣可以避免多晶的生長。此外能參與多種分子相互作用的分子，如π-π氫鍵，C-H-π或C-S鍵相互作用也很重要。

圖2. 微米尺寸2DCOS的表征。 a）-c）苝，d）-f）C6-DPA，g）-i）C6-PTA和j） - l）C6-DBTDT的2DCOS光學顯微鏡圖像（左）插圖為對應的分子結構；TEM圖像（中間），SAED圖案（右）。

圖3. 毫米和厘米尺寸2DCOS的表征。 a）C6-DBTDT的幾毫米尺寸2DCOS的光學顯微鏡圖像，b），c）C6-DBTDT 2DCOS的交叉偏振光學顯微照片。整個顯微照片上均勻的顏色變化證實2DCOS是單晶， d）AFM圖像，2DCOS的厚度為14.13nm，約5-6個分子層。 e）SEM圖像；f）-i）C6-DBTDT 2DCOS的SAED圖案，分別對應e圖中不同位置。不同位置擁有相同的SAED圖案，表明其單晶本質；j）厘米尺寸苝2DCOS（藍色）的光學顯微鏡圖像，插圖為XRD和SAED圖案。

圖4. 2DCOS的場效應。a），b）苝，c），d）C6-DPA，e），f）C6-PTA，g），h）C6-DBTDT 2DCOS 的OFET**轉移和輸出特性曲線。（a）（c）（e）和（g）中的不同顏色的線對應于不同的柵極電壓。