重庆大学胡文平教授课题组开发了一种生长二维有机半导体晶体的新方法——“溶液外延”法。先将少量单体溶液分散在水面，通过溶剂挥发及单体分子间的强相互作用力自组装成小晶体，再以小晶体为晶种，在其上滴加新的单体溶液使其外延生长。

二维有机半导体晶体（2DCOS）与传统有机半导体相比，具有以下优势：1）可通过分子设计获得一定的功能和理想的能带结构；2）出色的柔性；3）溶液可加工性。然而由于缺乏晶体受控生长的方法，对二维晶体结晶过程不够了解，阻碍了对2DCOS的研究。这里胡文平教授课题组开发了一种新的在水面上生长2DCOS的方法，称为溶液外延法。这一方法将为更多二维晶体材料的制备和研究提供新的思路。

【图文导读】

图1. 2DCOS生长过程示意图。a）将溶液滴落到水表面上，b）溶剂蒸发导致分子聚集，c）通过π-π相互作用的分子组装，d）在水表面上的自组装2DCOS，e）基于小2DCOS的外延生长，f）水面上的大面积2DCOS。

具体方法如下：将数十微升的单体溶液滴到水面上（图1a），单体通过表面张力在整个水面上快速扩散（图1b）。随后，有机半导体分子通过强π-π相互作用开始聚集（图1c），并变成微米大小的2DCOS（图1d）。利用微米级的2DCOS为晶种，再其上滴加新溶液（图1e），导致小2DCOS的外延生长，获得尺寸为毫米或甚至超过1厘米的2DCOS（图1f）。为了更好地控制晶体生长，溶剂的选择和溶液浓度对于这种“溶液外延”至关重要，这样可以避免多晶的生长。此外能参与多种分子相互作用的分子，如π-π氢键，C-H-π或C-S键相互作用也很重要。

图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光学显微镜图像（左）插图为对应的分子结构；TEM图像（中间），SAED图案（右）。

图3. 毫米和厘米尺寸2DCOS的表征。 a）C6-DBTDT的几毫米尺寸2DCOS的光学显微镜图像，b），c）C6-DBTDT 2DCOS的交叉偏振光学显微照片。整个显微照片上均匀的颜色变化证实2DCOS是单晶， d）AFM图像，2DCOS的厚度为14.13nm，约5-6个分子层。 e）SEM图像；f）-i）C6-DBTDT 2DCOS的SAED图案，分别对应e图中不同位置。不同位置拥有相同的SAED图案，表明其单晶本质；j）厘米尺寸苝2DCOS（蓝色）的光学显微镜图像，插图为XRD和SAED图案。

图4. 2DCOS的场效应。a），b）苝，c），d）C6-DPA，e），f）C6-PTA，g），h）C6-DBTDT 2DCOS 的OFET**转移和输出特性曲线。（a）（c）（e）和（g）中的不同颜色的线对应于不同的栅极电压。