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利用分子自组装技术得到均一、有序的单层、多层,以及异质双层结构,在新型的功能纳米器件研究中发挥着越来越重要的作用。扫描隧道显微镜(STM)技术能够从原子级别分辨制备的自组装结构形貌及内部排列,为研究表面现象提供了 一个重要的分析手段。扫描隧道谱(STS)能够准确地获取表面吸附分子的电子结构。本文通过结合STM和STS技术研究了有机分子在表面形成的单组份、多组分自组装膜结构,多层组装结构及上层有机分子的电子结构。本论文主要工作内容如下:1.3,4,9,10-苝四羧酸二酐分子(PTCDA)和富勒烯(C60)分子在有机解耦层CA·M上吸附的STM/STS研究通过滴涂法快速制备的三聚氰酸和三聚氰胺(CA.M)超分子网络结构,可用作空间夹层来减弱上层吸附物和底层基底之间的相互作用。在超高真空环境中,分别将PTCDA和C60通过分子束沉积到CA·M表面,制备多层结构。STM揭示了有机分子层在CA·M上的形貌,PTCDA平坦地平铺在CA·M表面,而C60分子则形成多层岛状结构。扫描隧道谱清楚地揭示了上层吸附物的前线轨道能量特征。对于PTCDA吸附在CA·M上,最高占据和最低未占分子轨道之间的能隙为3.6 eV,对于CA.M上吸附的第一层C60,能隙为3.8 eV。2.不同键合基团的有机二芳基乙烯分子在Au(111)上自组装膜的制备及表征二芳基乙烯(Diarylethene,简称DAE)作为一种光响应分子,具有较高的耐疲劳性和光化学量子产率,使用其制备的器件具有较长的寿命和较高的灵敏度。本工作中,在大气环境下,通过扫描隧道显微镜研究了两种不同吸附特征的键合分子DAE-TATA和DAE-SAC在Au(111)表面上的自组装结构,STM结果表明吸附面积更大的DAE-TATA排列更为疏松,并且形成更加均一有序的结构,这种结构在制备光电器件中更为有利。3.非晶型红磷分子在Au(1 11)表面自组装结构的研究现有的理论计算和其他实验数据表明非晶型红磷(amorphous red phosphorus)是一种线型结构,但是仍然没有明确其最直观的形貌结构。本实验通过扫描隧道显微镜(STM)在液-固界面首次成功地观察到非晶型红磷在Au(111)表面的吸附结构,确定了其线型的排列,为进一步研究红磷体系的特性奠定了基础。4.PTCDA分子和石墨烯纳米带在Au(111)上共组装结构研究通过表面合成技术,已经能够精准地合成不同宽度的石墨烯纳米带(Graphene nanoribbons,简称GNRs)。然而,多数GNRs在基底表面都是无序的,没有统一的排列模型结构。本文尝试通过有机分子PTCDA与GNRs共吸附在同一表面上,通过氢键相互作用,PTCDA分子和GNRs形成共组装结构,对表面GNRs起到一定的限域作用,为将来GNRs的组装提供了新的思路。