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侧基柔性链对异靛基类有机小分子多进制存储性能的调控机制研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在信息技术飞速发展的当下，数据存储技术作为信息社会的关键支撑，正面临着前所未有的挑战与机遇。随着大数据、人工智能、物联网等新兴技术的广泛应用，数据量呈爆炸式增长，对存储器件的性能提出了更高的要求，如更高的存储密度、更快的读写速度、更低的能耗以及更长的使用寿命等。传统的硅基存储材料由于其物理极限的限制，在满足这些日益增长的需求方面逐渐显得力不从心，因此，开发新型存储材料成为了当前研究的热点领域。

有机小分子存储材料凭借其独特的优势，在新型存储材料的研究中脱颖而出，展现出巨大的应用潜力。有机小分子具有结构多样化的特点，通过合理的分子设计和合成方法，可以精确地调控其化学结构和物理性质，以满足不同存储应用的需求。同时，有机小分子的制备过程相对简单，成本较低，有利于大规模生产和商业化应用。此外，有机小分子还具备良好的柔韧性和可加工性，能够实现与柔性衬底的集成，为柔性电子器件的发展提供了可能。

异靛基类有机小分子作为有机小分子存储材料中的重要一员，因其独特的结构和优异的性能，受到了科研人员的广泛关注。异靛基类有机小分子含有两个对称的强吸电子能力的内酰亚胺基团，这赋予了其理想的最低未占分子轨道（LowestUnoccupiedMolecularOrbital，LOMO）能级，使其在光电领域展现出良好的应用前景。在有机太阳能电池中，异靛基类有机小分子作为受体材料，能够有效地吸收光子并产生电荷分离，提高电池的光电转换效率；在有机场效应晶体管中，它可以作为半导体材料，实现载流子的传输和控制，展现出较高的迁移率和开关比。

在数据存储领域，异靛基类有机小分子也表现出了独特的优势。其分子结构的稳定性和可调控性，使得基于异靛基类有机小分子的存储器件能够实现可靠的数据存储和读取。然而，目前异靛基类有机小分子存储器件的性能仍有待进一步提高，以满足实际应用的需求。研究表明，侧基柔性链对异靛基类有机小分子的性能具有显著的调控作用。通过引入不同长度、结构和化学性质的侧基柔性链，可以改变分子间的相互作用、电荷传输特性以及薄膜的形貌和结晶性，从而实现对存储器件性能的优化。例如，合适的侧基柔性链可以增强分子间的π-π相互作用，提高电荷传输效率，进而改善存储器件的读写速度和稳定性；同时，侧基柔性链的引入还可以调节分子的溶解性和加工性，有利于制备高质量的薄膜，提高器件的性能和可靠性。

本研究聚焦于侧基柔性链调控异靛基类有机小分子多进制存储性能，具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论层面来看，深入探究侧基柔性链与异靛基类有机小分子性能之间的构效关系，有助于揭示有机小分子存储材料的工作机制，丰富和完善有机半导体物理和化学的理论体系，为新型有机存储材料的设计和开发提供坚实的理论基础。从实际应用角度出发，通过优化侧基柔性链结构来提高异靛基类有机小分子存储器件的性能，有望推动有机存储技术的发展，为解决当前数据存储领域面临的挑战提供新的思路和方法，满足大数据时代对高性能存储器件的迫切需求。

1.2异靛基类有机小分子概述

异靛基类有机小分子是一类具有独特结构的含氮化合物，其核心结构包含两个对称的强吸电子能力的内酰亚胺基团，这种结构赋予了它们一系列特殊的物理和化学性质。从分子结构角度来看，异靛基类有机小分子呈现出良好的平面性，分子内共轭体系较为规整，这使得分子间能够通过较强的π-π相互作用进行有序堆积，对其在固态下的电荷传输等性能产生重要影响。

在合成方法方面，目前文献报道的合成异靛类化合物的方法主要有以下几种：经典的Aldol缩合反应是较为常用的方法之一，以二氢吲哚-2,3-二酮和二氢吲哚-2-酮为原料，在110℃和酸性条件下，通过Aldol缩合反应合成异靛。2010年，RashidZ.Musin等课题组以二氢吲哚-2,3-二酮和有机磷试剂三（二乙氨基）磷为原料，通过相互作用发生自身缩合反应来合成异靛类化合物，但该方法反应温度较低，不易控制反应进程。还有以吲哚硫鎓盐为原料，在高温条件下加热，自身反应缩合得到异靛类化合物，然而此方法用到的二氯亚砜毒性较大，且反应步骤复杂，限制了其广泛应用。以二苯基乙烯胺为原料，经过分子环合，在反应过程中加入一氧化碳分子使其合成异靛类化合物，虽原料简单易得，但由于CO有毒且最终合成的化合物产率低，该方法也未得到广泛应用。以3-溴吲哚-2-酮为原料，在碱性条件下发生自身缩合反应来合成异靛类化合物，其中，第一种经典的Aldol缩合反应方法经过研究者对反应条件的优化，如2010年Mei等以6，6’-二溴异靛和6-溴靛红为底物，在浓盐酸和醋酸条件下，110℃下加