中文摘要：

本项目研究有机物吹泡法自组装一维纳米材料，并探索在纳米电子器件及功能薄膜方面的应用。将纳米材料与有机物均匀混合，采用吹泡的方法缓慢膨胀使得纳米材料在泡泡膜中定向排列，最后得到含有大规模自组装纳米材料阵列的大面积均匀薄膜，可平稳转移到硅片、玻璃及柔性基底上进一步制备功能器件。研究并建立一系列纳米材料-有机物的自组装新体系和新功能结构，包括碳纳米管、半导体纳米线等材料与环氧树脂、光刻胶、导电有机物、环境友好有机物等相结合的自组装系统，其中自组装的一维纳米材料具有良好的定向性以及可控的排列密度。分析纳米材料在泡泡膜中的自组装机制，揭示纳米材料在泡泡膨胀过程中的迁移与排列、与有机物载体的相互作用，以及泡泡膨胀方向与速度等关键因素的作用。基于自组装的纳米材料阵列，制备晶体管、传感器、荧光等纳米器件并进行集成。同时，探索该功能薄膜在发光、导电、传感等电子、能源和生物方面的潜在应用。

结论摘要：

本项目的主要内容是研究一种新的纳米材料自组装方法（即有机物吹泡法），采用该方法定向排列各种一维纳米材料，并基于这些自组装体系制备纳米电子器件，探索潜在的应用。过去三年中，项目在新型吹泡体系的建立、纳米材料自组装结构的调控、功能器件的制备和应用等方面进行了系统深入的研究，取得了一系列的原创性成果。主要成果简述如下（1）建立了基于可溶性功能有机物（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）的吹泡体系，组装了半导体纳米线（碲、硫化铋）、碳纳米管等一维纳米材料，获得了较大面积（1.5 x 2 cm2）、较高密度（单位面积纳米线的数量为1.71 x 10~5 /cm-2）、整齐排列的纳米材料阵列。采用常规溶剂溶解PMMA基体，使泡泡膜内部的纳米材料暴露出来，从而进一步制备电子器件。和之前的环氧树脂吹泡法相比较，PMMA吹泡法同样可以获得定向性好的纳米材料阵列，并且泡泡膜的的去除和器件制备更加便利。（2）建立了层层组装法，将多层泡泡膜在基底上顺序叠加然后去除PMMA，能够调控纳米材料的排列方向和密度，获得新型组装结构。沿相同方向叠加时，纳米材料的排列密度相应增加。沿垂直方向叠加时，则获得交叉互连的纳米线或碳纳米管二维网络。（3）结合吹泡法和铜基底退火法，制备了新型纳米复合结构。将含有自组装碳纳米管网络的PMMA泡泡膜转移到铜箔表面，在化学气相沉积系统中进行高温退火，该过程中PMMA作为碳源在铜基底的催化作用下生成石墨烯，从而形成了碳纳米管-石墨烯复合（或杂化）结构，其中石墨烯层片镶嵌在碳纳米管网络的孔隙中，二者接触良好。复合薄膜的机械性能和导电性比单纯的碳纳米管网络有明显提高。（4）发现吹泡法不但使得纳米材料定向排列，还能在一定的条件下改变其形状。由于丙酮的挥发造成泡泡膜的收缩，对内部的一维纳米材料产生轴向压缩应力，最终将原来直的纳米线改变成具有规则螺距的纳米弹簧。这一现象为自组装纳米弹簧等新型结构并研究其性能提供了一条可能途径。（5）以自组装的纳米材料为基础，制备了纳米电子器件和功能薄膜，包括基于碲纳米线的光响应和气体传感器件、基于碳纳米管-石墨烯复合结构的透明导电薄膜等，展示了良好的器件性能。进一步将碳纳米管-石墨烯复合薄膜与单晶硅片相结合，制备了能量转换效率达9.24%的太阳电池。在ACS Nano, Nano Research等期刊发表论文共计8篇。