东京工业大学资源化学研究所教授福岛孝典和时任理化研究所放射光科学综合研究中心主任研究员高田昌树（现为东北大学多元物质科学研究所教授）的研究团队近日成功制成一种新型有机薄膜。这种薄膜采用新设计的分子，不含有导致薄膜强度和功能下降的“畴壁”，面积可达到厘米级别。“畴”是指结晶或液晶中构成分子的取向或排列一致的局部区域，相邻的畴之间相接触的部分叫做“畴壁”，在有机半导体材料中，较之畴内部，畴壁产生的阻力更大，从而导致材料传导度有所降低。
有机薄膜广泛应用在绝缘材料、半导体材料的电子材料等方面，不过由于在形成过程中会生成多个结晶核，而这些结晶核会引发结构生长，从而导致畴壁的生成，因此大面积制作没有畴壁的有机薄膜极为困难。
为此，研究团队对不生成畴壁、有规则地填充三维空间的分子・分子组合体进行了研究。受到碳元素的同位素之一的石墨烯的蜂窝结构（像蜂巢一样的六角形无缝排列的网状结构）的启发，研究设计了3叶螺旋桨型的三蝶烯分子。研究通过对该分子聚合后形成的物质进行解析，确认了3叶螺旋桨齿轮互相紧紧卡着的二维状蜂窝结构和其与一维累积而成的“二维＋一维”结构均如所预期的那样得到了形成。
研究团队进一步将三蝶烯夹在蓝宝石基板中，让其从过热熔融状态逐渐冷却，成功形成了厘米级别的均匀薄膜。在分析形成的薄膜构造后研究者发现，“二维＋一维”结构存在于整个薄膜之中，拥有非常整齐的如同单晶体一样的结构规则性。
研究团体表示，“由于三蝶烯的3张叶片可以付与多种功能性单元，因此除了半导体特性、绝缘性等电气特性之外，还可以将润滑、亲液、防水等多种功能编进分子组合膜中”。
（a）分子组合膜的构造模式图；从过热熔融状态逐渐冷却形成的单晶体状分子组合膜形成的分子组合膜的构造模式图和形成的组合膜图片
三蝶烯的取向和排列完全一致的蜂窝结构的X射线衍射成像
（b）通过真空蒸镀形成的均匀的分子组合膜
新闻链接
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150605/index.html
文／CRCC编辑部 图／来源于新闻发布稿
