随着信息量的不断快速增长,研究多进制电存储信息材料及纳米器件的意义重大。2010年,我们课题组通过分子结构的调控实现了基于有机小分子的三进制电存储,即实现有机小分子多进制信息存储“零”的突破。随着近年来有机小分子三进制电存储研究的不断深入,纵观其研究现状,尽管理论上更接近未来超高密度信息存储的需求(~1015 bits/cm2),但要获得高效、稳定、方便及大存储容量的信息存储器件并最终走向应用,有机小分子电存储材料及器件的研究现状还远不能满足上述要求。因此,通过分子结构的设计来对有机电存储性能进行优化依然任重而道远,机遇和挑战并存。结合有机电子学器件性能的优化策略,关于同分异构效应、不同的间隔基团及电子效应等对有机小分子电存储器件性能调控的报道仍然较少,因此进一步设计合成相关分子并研究其对器件性能的影响具有重要意义。本论文主要从以下几方面展开:(1)研究同分异构体对多进制存储器件性能的影响:合成了两个基于喹喔啉的互为同分异构体的有机小分子QU-1和QU-2,考察了其对光电性能、薄膜形貌及器件存储性能的影响。基于这两个小分子的器件均表现出三进制WORM存储性能,研究结果表明与QU-1相比,直线型的QU-2具有更紧密的堆积、较小的表面粗糙度及好的层状堆积,所制备的器件表现出较低的阈值电压和高的电流比。通过对基于喹喔啉的两个同分异构体的比较研究,为后续优化设计合成新型的小分子存储材料提供了有利的参考。(2)研究电子给体N原子取代基对多进制存储器件性能的影响:合成了两个有机小分子Qu-Ph和Qu-Oct,其中喹喔啉和丙二腈作为受体基团,咔唑作为供体基团,不同的是咔唑N原子上的取代基分别为苯基(Qu-Ph)和烷基链(Qu-Oct)。结果显示组装的ITO/有机小分子/Al三明治结构器件均具有三进制WORM存储性能,当咔唑N原子上的烷基被芳香族苯环取代后,由于取代基的自由空间随之变小,刚性增强最终导致分子的薄膜形貌更加规整,堆积变得更加紧密。规整的形貌和紧密的堆积有力地降低了载流子的迁移能垒,从而使Qu-Ph表现出较低的开启电压。我们相信,使用芳香族苯环取代烷基链可以作为一个有效的策略去优化超高密度信息存储器件的性能。(3)研究两个受体单元间芳香间隔基对存储器件性能的影响:合成了两个三苯胺-喹喔啉-π-次甲基丙二腈衍生物TPAQPh和TPAQFu。两个分子具有相同的给体和受体,不同之处在于两个给体间的间隔基团分别为苯基和呋喃基。结果显示制备的ITO/有机小分子/Al三明治结构器件均具有三进制WORM存储性能,但间隔基呋喃取代苯环之后,分子的薄膜形貌变得更加的规整,堆积变得紧密有序,从而利于载流子的迁移,最终导致器件的开启电压降低,而原因在于呋喃环的引入有效的弱化了喹喔啉片段与丙二腈片段的扭曲角度。通过对间隔基团的研究表明该策略可以有效的调控分子的薄膜形貌、堆积及开启电压,从而为后续设计合成新型的小分子存储材料及对器件的精细调控提供了有利的参考。(4)研究了中心功能团所连支链数目对存储器件性能的影响:成功合成了三个基于三苯胺的具有不同数目的苯基-苯并噻二唑支链的有机小分子(TPA-nBBT n=1,2,3)。组装的ITO/有机小分子/Al三明治结构器件均表现出二进制易失性(SRAM)电存储特性。结果显示中心功能团三苯胺所连支链数目的多少对器件性能具有重要的影响。随着支链数目的的不断增加,器件的热稳定性增加,重现性增强,同时器件的开启电压也明显降低。其中TPA-3BBT分子表现出了最优异的性能,随着温度的不断升高,其薄膜依然保持很好的稳定性,同时器件的稳定性也得以保持。研究结果表明通过调节三苯胺所连支链的数目可以有效的对器件的各项性能进行调节,这将为日后设计新的性能更加优异的材料分子提供强有力的支持。