1.一种垂直单分子膜场效应控制开关，其包括半导体基底层、导电金属源端电极、绝缘支撑层、自组装单分子膜、单层石墨烯漏端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极和离子栅极；所述自组装单分子膜由[2]轮烷分子构成；所述自组装单分子膜的厚度与所述导电金属源端电极的厚度的总和，等于所述绝缘支撑层的厚度；所述[2]轮烷分子由环状离子和线性分子组成；所述环状离子为CBPQT4+，结构为：
所述线性分子，结构式如式A所示：
X1—Q1—R1—Q2—R2—Q3—X2
式A；
其中，X1选自Q1为R1选自Q2选自R2为Q3为X2为
所述离子栅极为存储LiF、LiCl或NaCl盐离子的水凝胶材料，所述盐离子浓度为0.01-1mol/L；所述水凝胶材料的聚合物单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯醇、苯乙烯磺酸钠或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
2.根据权利要求1所述的垂直单分子膜场效应控制开关，其中，所述[2]轮烷分子选自A1-A3中的任一种：

3.根据权利要求1或2所述的垂直单分子膜场效应控制开关，其中，所述自组装单分子膜的厚度为3-9nm。
4.根据权利要求1或2所述的垂直单分子膜场效应控制开关，其中，所述半导体基底层的半导体材料选自Si或GaAs；所述绝缘支撑层的绝缘材料选自SiO2、Si3N4或GaS；所述绝缘支撑层的厚度为80-120nm。
5.根据权利要求1或2所述的垂直单分子膜场效应控制开关，其中，所述导电金属源端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极的金属材料，分别选自Cr/Au、Cr/Ag或Cr/Pt；所述金属材料的厚度分别为(10-20nm)/(50-100nm)。
6.根据权利要求1或2所述的垂直单分子膜场效应控制开关，其中，所述导电金属源端电极为圆形，直径为1-2μm；所述单层石墨烯漏端电极为圆形，直径为60-150μm；所述导电金属漏端电极为半圆环形，外径为100-170μm，内径为60-120μm；所述导电金属栅电极为半圆环形，外径为220-280μm，内径为180-240μm；
所述单层石墨烯漏端电极完全覆盖所述导电金属源端电极；所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的垂直单分子膜场效应控制开关的制备方法，其包括以下步骤：
1)制备半导体基底层和绝缘支撑层，所述绝缘支撑层为上层，所述半导体基底层为下层；
2)在所述绝缘支撑层上表面制备导电金属栅电极；
3)在所述绝缘支撑层中制备圆孔，以暴露底部的半导体基底，在所述底部的半导体基底上表面制备导电金属源端电极；
4)将所述[2]轮烷分子与所述导电金属源端电极进行自组装，得到自组装单分子膜；所述自组装单分子膜由所述[2]轮烷分子构成；所述自组装包括：
将所述[2]轮烷分子溶于溶剂中，制备分子溶液；
将四丁基氟化铵溶于与所述分子溶液相同的溶剂中，制备脱保护溶液；
将所述分子溶液和所述脱保护溶液混合，得到混合液；
将步骤3)得到的半成品器件浸入所述混合液中10-14h，取出，洗涤，干燥；
其中，所述溶剂为乙腈或丙酮；所述分子溶液中，所述[2]轮烷分子的浓度为0.5×10-3-2×10-3mol/L；所述脱保护溶液中，所述四丁基氟化铵的浓度为1×10-3-3×10-3mol/L；
5)在所述圆孔顶部完全覆盖单层石墨烯，得到单层石墨烯漏端电极；
6)在所述单层石墨烯漏端电极的外侧，相对于导电金属栅电极位置的另一侧，制备导电金属漏端电极；
7)覆盖离子栅极，所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述导电金属漏端电极、导电金属栅电极，分别通过光刻-蒸镀金属电极的方式制备；
所述导电金属源端电极，通过磁控溅射镀膜、原子层沉积或真空蒸发镀膜的方式制备，并于200-300℃的气体中退火1-2h，其中所述气体为氩气或氢气；
所述绝缘支撑层中的圆孔，通过光刻-刻蚀的方式制备；
所述单层石墨烯漏端电极，通过化学气相沉积-干法转移或化学气相沉积-湿法转移的方式获得。

技术领域
[0001]本申请涉及分子开关器件技术领域，特别是涉及一种垂直单分子膜场效应控制开关及其制备方法。
背景技术
[0002]分子尺度下的分子场效应器件能够在量子隧穿状态下工作，是未来集成电路中最有可能的电子元件。分子场效应控制开关的工作过程通常通过施加在栅极上的电压来调控。一般地，在分子结的一侧放置一个固态背栅或电化学栅极，调节栅压来调控分子能级位置，进而改变分子能级与电极费米能级的相对位置，以达到调控分子结的电导的目的。然而，这种基于固态栅极电场调控分子能级的分子开关的栅电场强度较弱，调控效率低，稳定性较差。由于栅极和介质层与分子直接接触，导致分子异质结不稳定，既降低了栅调控的强度，又降低了器件的稳定性。
发明内容
[0003]本申请的目的在于提供一种垂直单分子膜场效应控制开关及其制备方法，以获得栅调控能力强、在室温下稳定性好的垂直单分子膜场效应控制开关。具体技术方案如下：
[0004]本申请第一方面提供了一种垂直单分子膜场效应控制开关，其包括[2]轮烷分子；所述[2]轮烷分子由环状离子和线性分子组成；所述环状离子为CBPQT4+，结构为：

[0005]所述线性分子，结构式如式A所示：
[0006]X1—Q1—R1—Q2—R2—Q3—X2
[0007]式A；
[0008]其中，X1选自Q1为R1选自Q2选自R2为Q3为X2为
[0009]本申请第二方面提供了本申请第一方面提供的垂直单分子膜场效应控制开关的制备方法，其包括以下步骤：
[0010]1)制备半导体基底层和绝缘支撑层，所述绝缘支撑层为上层，所述半导体基底层为下层；
[0011]2)在所述绝缘支撑层上表面制备导电金属栅电极；
[0012]3)在所述绝缘支撑层中制备圆孔，以暴露底部的半导体基底，在所述底部的半导体基底上表面制备导电金属源端电极；
[0013]4)将所述[2]轮烷分子与所述导电金属源端电极进行自组装，得到自组装单分子膜；所述自组装单分子膜由所述[2]轮烷分子构成；
[0014]5)在所述圆孔顶部完全覆盖单层石墨烯，得到单层石墨烯漏端电极；
[0015]6)在所述单层石墨烯漏端电极的外侧，相对于导电金属栅电极位置的另一侧，制备导电金属漏端电极；
[0016]7)覆盖离子栅极，所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极。
[0017]本申请提供了一种垂直单分子膜场效应控制开关及其制备方法，所述垂直单分子膜场效应控制开关采用在室温下具有双稳态的[2]轮烷分子，在不同偏压作用下，双稳态的[2]轮烷分子可以在低电导态和高电导态之间切换，使器件在开关状态之间灵敏快速切换；进一步地，所述垂直单分子膜场效应控制开关包括半导体基底层、导电金属源端电极、绝缘支撑层、自组装单分子膜、单层石墨烯漏端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极和离子栅极，所述自组装单分子膜由所述[2]轮烷分子构成；本申请提供的垂直单分子膜场效应控制开关具有较强的栅电场调控能力和较好的稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0019]图1为本申请垂直单分子膜场效应控制开关的三维结构图；
[0020]图2为本申请垂直单分子膜场效应控制开关的结构俯视图；
[0021]附图标记为：1.半导体基底层，2.导电金属源端电极，3.绝缘支撑层，4.自组装单分子膜，5.单层石墨烯漏端电极，6.导电金属漏端电极，7.导电金属栅电极，8.离子栅极；
[0022]图3为本申请所述[2]轮烷分子A1氧化状态与还原状态的结构转换示意图；
[0023]图4为实施例1的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为-0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0024]图5为实施例1的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0025]图6为实施例1的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0026]图7为实施例2的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为-0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0027]图8为实施例2的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0028]图9为实施例2的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0029]图10为实施例3的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为-0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0030]图11为实施例3的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图；
[0031]图12为实施例3的垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压为0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]本申请第一方面提供了一种垂直单分子膜场效应控制开关，其包括[2]轮烷分子；所述[2]轮烷分子由环状离子和线性分子组成；所述环状离子为CBPQT4+(Cyclobis(paraquat-p-phenylene))，结构为：
[0034]所述线性分子，结构式如式A所示：
[0035]X1—Q1—R1—Q2—R2—Q3—X2
[0036]式A；
[0037]其中，X1选自Q1为R1选自Q2选自R2为Q3为X2为
[0038]本申请中，所述[2]轮烷分子由所述环状离子和所述线性分子通过超分子作用力而形成，所述[2]轮烷分子在室温下具备双稳态特性，在电压控制下能够实现器件开关状态的稳定切换。
[0039]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述[2]轮烷分子选自A1-A3中的任一种：
[0040]
[0041]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述垂直单分子膜场效应控制开关包括半导体基底层、导电金属源端电极、绝缘支撑层、自组装单分子膜(SAMs)、单层石墨烯漏端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极和离子栅极；所述自组装单分子膜由所述[2]轮烷分子构成。
[0042]本申请中，所述[2]轮烷分子的两个末端均为疏水基团，其中一个的末端含有三甲基硅烷或三甲基硅基乙炔，脱去三甲基硅烷或三甲基硅基乙炔后与所述导电金属源端电极形成Au-C、Ag-C或者Pt-C化学键，使自组装单分子膜与导电金属源端电极能够稳定连接；另一个末端为芘或蒽嵌蒽的多苯环结构，使自组装单分子膜与单层石墨烯漏端电极之间能够形成较强的范德华作用力。
[0043]本申请提供的垂直单分子膜场效应控制开关，采用具有双稳态的[2]轮烷分子和超平的导电金属源端电极，并利用[2]轮烷分子与导电金属源端电极连接的稳定性以及绝缘支撑层和单层石墨烯漏端电极对自组装单分子膜的保护作用，能够提高器件在室温下的开关稳定性；采用单层石墨烯作为漏端电极，能够减小电荷的传输距离，自组装单分子膜与石墨烯通过较强的范德华相互作用连接，能够提高电荷的传输速度，进而提高器件的运行速度与稳定性，使器件在开关状态之间灵敏快速切换；采用水凝胶型离子栅极，能够缩短栅极厚度，提高栅极对器件开关的控制能力和栅极稳定性。
[0044]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述自组装单分子膜的厚度为3-9nm。
[0045]本申请中，所述自组装单分子膜的厚度即为所述[2]轮烷分子的长度；所述自组装单分子膜的厚度与所述导电金属源端电极的厚度的总和，等于所述绝缘支撑层的厚度。
[0046]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述半导体基底层的半导体材料选自Si或砷化镓(GaAs)；所述绝缘支撑层的绝缘材料选自SiO2、氮化硅(Si3N4)或硫化镓(GaS)；所述绝缘支撑层的厚度为80-120nm。
[0047]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述导电金属源端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极的金属材料，分别选自Cr/Au、Cr/Ag或Cr/Pt；所述金属材料的厚度分别为(10-20nm)/(50-100nm)。
[0048]在本申请中，所述导电金属源端电极、导电金属漏端电极、导电金属栅电极，可通过蒸镀的方式获得：先蒸镀一层5-20nm厚度的Cr，再蒸镀一层50-100nm厚度的Au、Ag或Pt。
[0049]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述导电金属源端电极的厚度为91-97nm。
[0050]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述导电金属源端电极为圆形，直径为1-2μm；所述单层石墨烯漏端电极为圆形，直径为60-150μm；所述导电金属漏端电极为半圆环形，外径为100-180μm，内径为60-120μm；所述导电金属栅电极为半圆环形，外径为220-280μm，内径为180-240μm；
[0051]所述单层石墨烯漏端电极完全覆盖所述导电金属源端电极；所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极。
[0052]本申请中，所述导电金属漏端电极的外径大于所述单层石墨烯漏端电极的直径，所述导电金属漏端电极的内径小于所述单层石墨烯漏端电极的直径。
[0053]本申请中，所述单层石墨烯漏端电极，可通过化学气相沉积(CVD)-干法转移或化学气相沉积-湿法转移的方式获得单层石墨烯，然后通过光刻和氧等离子体刻蚀法制备出直径60-150μm的单层石墨烯漏端电极。
[0054]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述单层石墨烯漏端电极的圆心位于所述导电金属源端电极圆心的垂直正上方。
[0055]在本申请第一方面的一些实施方式中，所述离子栅极为存储LiF、LiCl或NaCl盐离子的水凝胶材料，所述盐离子浓度为1×10-2-1mol/L；所述水凝胶材料的聚合物单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯醇、苯乙烯磺酸钠或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；本申请对所述聚合物的聚合度没有特别的限定，只要能够实现本申请的目的即可，所述聚合物的聚合度可以为几千至几百万，示例性地，所述聚合物的聚合度为5×103-1×106。
[0056]本申请的垂直单分子膜场效应控制开关，采用水凝胶型离子栅极，能够提高栅极调控能力，同时避免传统离子液体栅极流动性高的缺点，使得场效应控制开关在室温下能够稳定运行；所述离子栅极提供的栅电场通过单层石墨烯结构垂直施加到自组装单分子膜上，从而避免金属漏端电极与[2]轮烷分子的直接接触，又将[2]轮烷分子与栅极的间距控制在电子隧穿的尺度，进而大大提高器件的稳定性和栅调控的效率。
[0057]本申请第二方面提供了本申请第一方面提供的垂直单分子膜场效应控制开关的制备方法，其包括以下步骤：
[0058]1)制备半导体基底层和绝缘支撑层，所述绝缘支撑层为上层，所述半导体基底层为下层；
[0059]2)在所述绝缘支撑层上表面制备导电金属栅电极；
[0060]3)在所述绝缘支撑层中制备圆孔，以暴露底部的半导体基底，在所述底部的半导体基底上表面制备导电金属源端电极；
[0061]4)将所述[2]轮烷分子与所述导电金属源端电极进行自组装，得到自组装单分子膜；所述自组装单分子膜由所述[2]轮烷分子构成；
[0062]5)在所述圆孔顶部完全覆盖单层石墨烯，得到单层石墨烯漏端电极；
[0063]6)在所述单层石墨烯漏端电极的外侧，相对于导电金属栅电极位置的另一侧，制备导电金属漏端电极；
[0064]7)覆盖离子栅极，所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极。
[0065]本申请的垂直单分子膜场效应控制开关为一种跨平面垂直场效应控制开关，其三维结构如图1所示，其俯视图如图2所示，可见相对于导电金属栅电极位置的另一侧，具有两个隔圆孔相对的导电金属漏端电极；本申请采用在室温下具有双稳态的[2]轮烷分子，在不同偏压作用下，双稳态的[2]轮烷分子可以在低电导态和高电导态之间切换，示例性地，如本申请所述[2]轮烷分子A1，其氧化状态(高电导态，代表开(ON)，图3右侧结构)与还原状态(低电导态，代表关(OFF)，图3左侧结构)的结构转换示意图如图3所示，[2]轮烷分子在不同电压作用下发生氧化或还原反应，对应不同的分子构型，具备不同的电荷传输能力，即不同的分子电导。
[0066]在本申请中，所述“高电导态”、“低电导态”是指本申请垂直单分子膜场效应控制开关在特定条件下相对而言的两种电导状态，所述电导是指电流与该电流对应的偏压的比；所述高电导态的电导大于所述低电导态的电导。
[0067]采用本申请的制备方法制得的垂直单分子膜场效应控制开关，具有较强的栅电场调控能力和较好的稳定性。
[0068]在本申请第二方面的一些实施方式中，所述自组装包括：
[0069]将所述[2]轮烷分子溶于溶剂中，制备分子溶液；
[0070]将四丁基氟化铵(TBFA)溶于与所述分子溶液相同的溶剂中，制备脱保护溶液；
[0071]将所述分子溶液和所述脱保护溶液混合，得到混合液；
[0072]将步骤3)得到的半成品器件浸入所述混合液中10-14h，取出，洗涤，干燥；
[0073]其中，所述溶剂为乙腈或丙酮；所述分子溶液中，所述[2]轮烷分子的浓度为0.5×10-3-2×10-3mol/L；所述脱保护溶液中，所述四丁基氟化铵的浓度为1×10-3-3×10-3mol/L。
[0074]本申请中，利用TBFA脱掉[2]轮烷分子末端的三甲基硅烷或三甲基硅基乙炔，使得[2]轮烷分子通过末端的碳原子与金属原子连接成键，从而在导电金属源端电极上形成自组装单分子膜，该分子膜的另一末端基团与其上所覆盖的单层石墨烯漏端电极通过范德华作用力连接。
[0075]在本申请第二方面的一些实施方式中，所述导电金属漏端电极、导电金属栅电极，分别通过光刻-蒸镀金属电极的方式制备；
[0076]所述导电金属源端电极，通过磁控溅射镀膜、原子层沉积(ALD)或真空蒸发镀膜的方式制备，并于200-300℃的气体中退火1-2h，其中所述气体为氩气或氢气；
[0077]所述绝缘支撑层中的圆孔，通过光刻-刻蚀的方式制备；
[0078]所述单层石墨烯漏端电极，通过化学气相沉积-干法转移或化学气相沉积-湿法转移的方式获得。
[0079]本申请中，所述绝缘支撑层中的圆孔，直径为1-2μm。
[0080]本申请中，采用本申请所述导电金属源端电极的制备方法，得到超平的导电金属源端电极，具有原子级平整表面，能够进一步提高器件的稳定性。
[0081]本申请中，所述单层石墨烯漏端电极可通过化学气相沉积-湿法转移的方式获得，示例性地：(1)首先在Cu(111)箔上利用化学气相沉积法外延生长单层石墨烯；(2)在一侧的石墨烯上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶并烘干，形成PMMA-石墨烯-铜箔-石墨烯结构，然后将该结构用氧等离子体刻蚀去除一侧的单层石墨烯，形成PMMA-石墨烯-铜箔结构；(3)将PMMA-石墨烯-铜箔的边缘粘贴胶带，以便后续转移；(4)将该结构放入氯化铁溶液中，使Cu箔与氯化铁溶液接触并发生化学反应，直至Cu被完全反应去除，形成PMMA-石墨烯结构，用干净的硅片捞出；(5)将PMMA-石墨烯结构依次放入三种浓度梯度下降的盐酸溶液中清洗浸泡，并用干净硅片捞出，最后在去离子水中清洗浸泡二十分钟后用干净硅片捞出；(6)将PMMA-石墨烯结构放入异丙醇溶剂中除水，之后用组装了[2]轮烷单分子膜的半成品器件捞出，使单层石墨烯贴合到半成品器件表面，并晾干、去除边缘的胶带；(7)然后将贴合了PMMA-石墨烯结构的半成品器件放入煮沸的丙酮中，半小时后取出，去除PMMA胶。
[0082]本申请中，所述单层石墨烯漏端电极可通过化学气相沉积-干法转移的方式获得，示例性地：(1)首先在Cu(111)箔上利用化学气相沉积法外延生长单层石墨烯；(2)在一侧的石墨烯上贴上热剥离胶带(聚二甲基硅氧烷，PDMS)，形成PDMS-石墨烯-铜箔-石墨烯结构，然后将该结构用氧等离子体刻蚀去除一侧的单层石墨烯，形成PDMS-石墨烯-铜箔结构；(3)将该结构放入氯化铁溶液中，使Cu箔与氯化铁溶液接触并发生化学反应，直至Cu被完全反应去除，形成PDMS-石墨烯结构；(4)将PDMS-石墨烯结构依次放入三种浓度梯度下降的盐酸溶液中清洗浸泡，并用干净硅片捞出，最后在去离子水中清洗浸泡二十分钟后用干净硅片捞出；(5)将PDMS-石墨烯结构放入异丙醇溶剂中除水，之后用组装了[2]轮烷单分子膜的半成品器件捞出，使单层石墨烯贴合到半成品器件表面，并晾干；(6)加热贴合了PDMS-石墨烯结构的半成品器件至80-120℃，使PDMS失去粘性，脱离石墨烯。
[0083]以下，基于实施例对本申请进行具体地说明，但本申请并不限于下述实施例。下述实施例中所用实验材料和方法，如无特别说明，均为常规材料和方法。
[0084]本申请涉及到的电学测试是在真空条件下(<1×10-4Pa)进行的。测试仪器：Agilent 4155C半导体测试仪，ST-500-探针台(Janis Research Company)，综合物性测试系统(PPMS)。测试温度用液氮、液氦和一个加热平台联合精确调控。
[0085]电学测试：在248-303K温度区间的任何温度下，固定栅电压分别为-0.5V，0V和0.5V时，施加源漏电压从-2V扫描到+2V再扫描到-2V，测得垂直单分子膜场效应控制开关随电压变化的电流-电压特性曲线。
[0086]实施例1基于化合物A1的垂直单分子膜场效应控制开关
[0087](1)化合物A1的制备：
[0088]
[0089]
[0090]将对三甲基硅基苯酚1(1.96g，10mmol)、2-(2-氯乙氧基)乙醇2(1.31g，11mol)、碳酸钾(K2CO3，2.76g，20mol)和碘化钾(KI，20mg)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，100mL)溶液在100℃下搅拌16h。冷却至室温后，在真空中去除DMF，并对残留物进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1/1)，得到化合物3(2.30g，产率81％)，为无色油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.45–7.39(m,2H),6.98–6.92(m,2H),4.13(t,J＝5.0Hz,2H),3.75(t,J＝5.0Hz,2H),3.68–3.61(m,2H),3.60–3.55(m,2H),2.92(t,J＝6.3Hz,1H),0.25(s,8H).13CNMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,133.10,116.63,114.79,104.72,94.90,72.62,69.88,68.07,61.89.质谱(电子轰击源)(MS(EI))m/z(％)284(37)[M+1]+.
[0091]将化合物3(1.56g，5.5mmol)、对甲苯磺酰氯(TsCl，1.14mg，6.0mmol)、4-二甲氨基吡啶(DMAP，10mg)和三乙胺(Et3N，1.4mL，10mmol)的溶液放在无水二氯甲烷(CH2Cl2，50mL)中，在室温下搅拌16h。加入二氧化硅(7.0g)后，将混合物浓缩，用短程柱(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：4)纯化，得到甲苯磺酸盐4，为无色油。将甲苯磺酸盐4(1.31g，3.0mmol)、1-乙酰氧基-5-羟基萘5(708mg、3.5mmol)、碳酸钾(828g，6.0mmol)、溴化锂(15mg)和18-冠醚-6(18C6，10mg)在乙腈(MeCN，50mL)中回流加热16h。冷却至室温后，将反应混合物过滤，用乙腈(100mL)洗涤固体。将滤液浓缩，然后将粗化合物6溶于甲醇(100mL)中。加入氢氧化钾(KOH，561mg，10mmol)，在室温下搅拌反应混合物4h。对粗产物进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：2)，得到化合物7(941mg，总产率72％)为灰白色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ8.97(s,1H),8.04–7.99(m,1H),7.97–7.91(m,1H),7.45–7.39(m,2H),7.29–7.19(m,2H),6.99–6.92(m,3H),6.91–6.86(m,1H),4.20(t,J＝4.9Hz,2H),4.12(t,J＝5.0Hz,2H),3.70(dt,J＝8.1,5.0Hz,4H),0.25(s,8H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,153.98,153.28,133.10,126.44,125.74,125.63,124.72,119.03,116.63,116.35,114.79,110.27,108.72,104.72,94.90,70.44,70.09,68.87,68.14.MS(EI)m/z(％)436.3(53)[M]+.
[0092]在Ar气氛下，将四氢呋喃(THF，200mL)中的碘化物9(2-(2-(2-碘乙氧基)乙氧基)四氢-2H-吡喃，9.09g，30.3mmol)溶液滴加入化合物8((Z)-[2,2'-双(1,3-二硫基亚乙烯)]-4,4'-二基二甲醇，2.00g，7.89mmol)和NaH(1.39g，60.6mmol)的THF(900mL)溶液中，在回流下加热1h。然后用回流法搅拌混合物48h。得到溶解在甲醇(MeOH)/二氯甲烷(DCM)(1：1，200mL)中的粗化合物10，为棕色油。后加入盐酸溶液(质量分数为10％，0.5mL)，在室温下搅拌2h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/MeOH，100/3)纯化粗产物，得到化合物11(2.08g，产率60％)，为橙油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ6.45(t,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.1Hz,4H),3.72(t,J＝4.8Hz,4H),3.68–3.59(m,9H),3.57(t,J＝4.5Hz,4H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ131.86,120.03,120.00,71.73,70.85,69.79,61.89.MS(快原子轰击源(FAB))m/z(％)440(40)[M]+.
[0093]在0℃下，将TsCl(634mg，3.3mmol)的CH2Cl2(10mL)溶液滴加入化合物11(1.63g，3.7mmol)、Et3N(2.57mL，18.5mmol)和DMAP(15mg)的溶液中，然后在室温下搅拌16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/乙醇(EtOH)，100/3)纯化，得到化合物12(989mg，产率45％)，为黄色油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.74–7.68(m,2H),7.40(dq,J＝8.3,0.8Hz,2H),6.45(d,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.20(t,J＝6.0Hz,2H),3.75–3.68(m,6H),3.68–3.54(m,9H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13CNMR(125MHz,Chloroform-d)δ142.69,132.99,131.90,131.86,129.78,127.91,120.10,120.04,120.03,120.00,71.73,70.88,70.85,69.80,69.62,68.87,68.74,61.89,21.51.MS(FAB)m/z(％)594.05(43)[M]+.
[0094]将溶于干燥乙腈(50mL)的化合物12(990mg、1.67mmol)、1-羟基芘13(1.17g、5.00mmol)、碳酸钾(1.38g，10mmol)、溴化锂(10mg)和18-冠醚-6(10mg)回流加热16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH，100：3)纯化，得到化合物14(1.07g，产率95％)，为黄色固体。将化合物14(638mg，0.95mmol)、TsCl(362mg，1.9mmol)、DMAP(10mg)和Et3N(1.1mL，7.6mmol)的溶液溶于无水二氯甲烷(50mL)中，在室温下搅拌16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH，100：3)纯化粗残渣，得到化合物15(691mg，产率88％)，为黄色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.80–7.74(m,1H),7.74–7.67(m,2H),7.66–7.55(m,2H),7.40(dq,J＝8.5,0.8Hz,2H),7.01(d,J＝8.4Hz,1H),6.78(dq,J＝9.0,0.8Hz,1H),6.45(d,J＝1.0Hz,2H),6.17(dt,J＝9.0,4.9Hz,1H),5.88(tt,J＝5.1,1.0Hz,1H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.24–4.15(m,4H),3.92(ddt,J＝18.0,5.1,0.9Hz,1H),3.75(t,J＝4.9Hz,2H),3.75–3.62(m,7H),3.67–3.57(m,4H),3.43(dp,J＝4.9,1.0Hz,2H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ151.00,142.69,137.19,132.99,131.90,131.86,130.25,130.00,129.94,129.78,129.08,127.91,126.59,126.26,125.21,124.91,124.14,123.71,121.20,120.10,120.04,120.03,120.00,113.10,70.88,70.85,70.37,69.63,69.61,68.87,68.74,68.73,32.84,25.66,21.51.MS(FAB)m/z(％)810.24(35)[M]+.
[0095]将化合物7(1.308mg，0.3mmol)、甲苯磺酸盐15(247.8mg，0.3mol)、碳酸钾(82.9mg，0.6mol)、溴化锂(10mg)和18-冠醚-6(10mg)的乙腈(50mL)溶液回流加热16h。对粗产物进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：1)，得到化合物16(222mg，产率68％)，为黄色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.80–7.73(m,1H),7.66–7.55(m,2H),7.46–7.38(m,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.01(d,J＝8.4Hz,1H),6.98–6.91(m,4H),6.78(dq,J＝9.0,0.8Hz,1H),6.45(t,J＝1.0Hz,2H),6.18(dt,J＝9.0,4.9Hz,1H),5.90(tt,J＝5.1,1.0Hz,1H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.25–4.09(m,9H),3.92(ddt,J＝18.0,5.1,0.9Hz,1H),3.75(t,J＝4.9Hz,2H),3.75–3.61(m,12H),3.60(t,J＝4.8Hz,4H),3.40(dp,J＝4.9,0.9Hz,1H),3.14(dp,J＝4.9,1.0Hz,1H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,155.06,155.04,151.00,135.90,133.10,131.90,131.86,130.29,130.15,129.75,129.08,127.08,126.91,126.88,126.59,126.28,125.53,125.42,124.25,124.14,121.08,120.10,120.04,120.03,120.00,119.20,119.19,116.63,114.79,113.10,109.06,108.99,104.72,94.90,70.88,70.85,70.44,70.37,70.36,70.09,69.62,69.61,68.92,68.88,68.73,68.14,34.78,25.77.MS(FAB)m/z(％)1074(33)[M]+.
[0096]将化合物16(109mg，0.1mmol)、六氟磷酸化合物17·2PF6(1,1"-(1,4-苯基二(亚甲基))双([4,4'-联吡啶]-1-ium))·二六氟磷酸根，332mg，0.3mmol)和1,4-双(溴甲基)苯18(124mg，0.3mmol)的无水DMF(11mL)溶液在室温下搅拌6天。反应混合物直接进行柱色谱(二氧化硅柱层析)纯化，其中未反应的化合物16用丙酮(Me2CO)回收，洗脱液改为丙酮/六氟磷酸铵(NH4PF6)(1.0g NH4PF6，100mL Me2CO)，收集含有[2]轮烷19·4PF6的绿色条带。去除溶剂后，加入水(50mL)，通过过滤收集得到的沉淀物，得到[2]轮烷19·4PF6(161mg，产率72％)，为绿色固体，即为化合物A1。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.12–9.07(m,8H),8.71–8.66(m,8H),7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.80–7.73(m,1H),7.66–7.55(m,2H),7.46–7.40(m,2H),7.39(s,7H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.01(d,J＝8.4Hz,1H),6.98–6.91(m,4H),6.78(dq,J＝9.0,0.8Hz,1H),6.45(t,J＝1.0Hz,2H),6.18(dt,J＝9.0,4.9Hz,1H),6.10(d,J＝0.9Hz,8H),5.90(tt,J＝5.1,1.0Hz,1H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.25–4.09(m,9H),3.92(ddt,J＝18.0,5.1,0.9Hz,1H),3.75(t,J＝4.9Hz,2H),3.75–3.61(m,12H),3.60(t,J＝4.8Hz,4H),3.40(dp,J＝4.9,0.9Hz,1H),3.14(dp,J＝4.9,1.0Hz,1H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,155.06,155.04,151.00,147.67,146.53,135.90,134.75,133.10,131.90,131.86,130.29,130.15,129.75,129.08,128.08,127.78,127.08,126.91,126.88,126.59,126.28,125.53,125.42,124.25,124.14,121.08,120.10,120.04,120.03,120.00,119.20,119.19,116.63,114.79,113.10,109.06,108.99,104.72,94.90,70.88,70.85,70.44,70.37,70.36,70.09,69.62,69.61,68.92,68.88,68.73,68.14,64.09,34.78,25.77.MS(FAB)m/z(％)2227(45)[M]+.
[0097](2)垂直单分子膜场效应控制开关的制备
[0098]取具有100nm SiO2厚度的洁净硅片Si/SiO2，其中，Si层为半导体基底层，SiO2层为绝缘支撑层；
[0099]在所述SiO2绝缘支撑层上表面制备导电金属栅电极，具体为：在避光条件下，在洁净硅片SiO2层上表面匀胶、烘干，然后使用具有栅电极形状的掩膜版进行局部曝光，再用显影液冲洗10s，用去离子水定影10s，吹干；接着将曝光图形的位置先后蒸镀10nm厚度的Cr和90nm厚度的Au，作为导电金属栅电极，然后用丙酮溶液浸泡并冲洗掉光刻胶；其中，导电金属栅电极形状为半圆环形，外径为240μm，内径为200μm，并外引栅电极测试位点；
[0100]在所述SiO2绝缘支撑层中制备直径为1.5μm的圆孔，以暴露底部的Si基底，在所述底部的Si基底上表面制备导电金属源端电极，具体为：在避光条件下，在SiO2层上表面匀胶、烘干，然后用具有源端电极形状的掩膜版进行局部曝光，再显影、定影并吹干；接着用缓冲氧化物刻蚀液(浓度为49％的HF水溶液：浓度为40％的NH4F水溶液＝1：6(体积比))刻蚀曝光图形位置处的SiO2层，5分钟后，取出并用去离子水冲洗，暴露出硅片下层的Si基底，得到具有圆孔的SiO2绝缘支撑层；接着用真空磁控溅射镀膜的方式在圆孔底部的Si基底上表面先后镀上10nm厚度的Cr和84nm厚度的Au，作为平整的导电金属源端电极，然后用丙酮溶液浸泡并冲洗掉光刻胶，并在250℃温度下氩气中退火1.5h；其中，导电金属源端电极形状为圆形，直径为1.5μm；
[0101]将[2]轮烷分子A1与导电金属源端电极进行化学自组装，得到自组装单分子膜，具体为：将化合物A1溶于乙腈，得到A1浓度为1×10-3mol/L的分子溶液；将TBFA溶于乙腈，得到TBFA浓度为2×10-3mol/L的脱保护溶液；将分子溶液和脱保护溶液混合，得到混合液；将上一步得到的半成品器件浸入所述混合液中，12小时后取出，用乙腈冲洗并吹干；此时，导电金属源端电极上通过Au-C键组装了[2]轮烷单分子膜；所述自组装单分子膜的厚度约为6nm；
[0102]在包括自组装单分子膜的圆孔顶部完全覆盖单层石墨烯，具体为：在管式炉中放入Cu(111)箔，利用化学气相沉积法在铜箔的正反两面外延生长出单层石墨烯；然后在一侧的石墨烯上旋涂PMMA胶并烘干，形成PMMA-石墨烯-铜箔-石墨烯结构，然后将该结构用氧等离子刻蚀去除另一侧未涂PMMA胶的单层石墨烯，形成PMMA-石墨烯-铜箔结构；接着将PMMA-石墨烯-铜箔的PMMA边缘处粘贴胶带，便于后续转移；然后将该结构放入氯化铁溶液中，使铜箔与氯化铁溶液接触并发生化学反应，直至铜被完全去除，形成PMMA-石墨烯结构，用干净的硅片将其捞出；之后将PMMA-石墨烯结构依次放入三种浓度梯度下降的盐酸溶液(质量分数分别为1％，0.1％，0.01％)中清洗浸泡，均用干净硅片捞出，再在去离子水中清洗浸泡二十分钟后用干净硅片捞出；将PMMA-石墨烯结构放入异丙醇溶剂中除去水分，之后用组装了[2]轮烷单分子膜的半成品器件将PMMA-石墨烯结构捞出，使单层石墨烯贴合到半成品器件表面，并完全覆盖自组装单分子膜的圆孔顶部，晾干、去除边缘的胶带；最后将贴合了PMMA-石墨烯结构的半成品器件放入煮沸的丙酮中，半小时后取出，去除PMMA胶；
[0103]刻蚀单层石墨烯作为漏端电极：在避光条件下，在上一步的单层石墨烯上匀胶、烘干，然后用与石墨烯漏端电极形状互补的掩膜版进行局部曝光，再显影、定影并吹干；然后用氧等离子体刻蚀掉圆形石墨烯漏端电极周围的石墨烯；然后用丙酮将石墨烯漏端电极上的光刻胶冲洗掉，得到单层石墨烯漏端电极；其中，单层石墨烯漏端电极形状为圆形，直径为110μm；
[0104]在单层石墨烯漏端电极的外围，相对于导电金属栅电极位置的另一侧，制备导电金属漏端电极，具体为：在避光条件下，在上一步得到单层石墨烯漏端电极的结构上匀胶、烘干，然后用具有导电金属漏端电极形状的掩膜版进行局部曝光，再显影、定影并吹干；接着将曝光图形的位置先后蒸镀10nm厚度的Cr和90nm厚度的Au，作为导电金属漏端电极，然后用丙酮溶液浸泡并冲洗掉光刻胶；其中，导电金属漏端电极形状为两个隔圆孔相对的半圆环，且导电金属漏端电极与单层石墨烯漏端电极的外围完全接触，导电金属漏端电极外径为120μm，内径为90μm，两个半圆环的导电金属漏端电极各自外引漏电极测试位点；
[0105]覆盖离子栅极，所述离子栅极完全覆盖所述单层石墨烯漏端电极和所述导电金属漏端电极，部分覆盖所述导电金属栅电极，所述离子栅极为存储了浓度为0.5mol/L LiF盐离子的聚丙烯酰胺水凝胶材料。
[0106]利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压分别为-0.5V、0V、0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线，结果分别如图4、图5、图6所示，根据图4-图6可知，在源漏电压从-2V逐渐增加到+2V的过程中，源漏电流增大，分子电导提高；在源漏电压从+2V逐渐减少到-2V的过程中，源漏电流减小，分子电导降低；此外，相对于栅压为0V，栅压为±0.5V时的源漏电流提高。利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在248-303K的范围内结果均一致。上述结果表明所得垂直单分子膜场效应控制开关对分子电导特性有很强的调控能力，具有较强的栅调控能力，并且可以在空气环境中稳定存在。
[0107]实施例2基于化合物A2的垂直单分子膜场效应控制开关
[0108](1)化合物A2的制备：
[0109]
[0110]
[0111]在Ar气氛下，将四氢呋喃(THF，200mL)中的碘化物2(9.09g，30.3mmol)溶液滴加入化合物1(2.00g，7.89mmol)和NaH(1.39g，60.6mmol)的THF(900mL)溶液中，在回流下加热1h。然后用回流法搅拌混合物48h。得到溶解在甲醇(MeOH)/二氯甲烷(DCM)(1：1，200mL)中的粗化合物3，为棕色油。后加入盐酸溶液(质量分数为10％，0.5mL)，在室温下搅拌2h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/MeOH，100/3)纯化粗产物，得到化合物4(2.08g，产率60％)，为橙油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ6.45(t,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.1Hz,4H),3.72(t,J＝4.8Hz,4H),3.68–3.59(m,9H),3.57(t,J＝4.5Hz,4H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ131.86,120.03,120.00,71.73,70.85,69.79,61.89.MS(FAB)m/z(％)440(40)[M]+.
[0112]在0℃下，将TsCl(634mg，3.3mmol)的CH2Cl2(10mL)溶液滴加入4(1.63g，3.7mmol)、Et3N(2.57mL，18.5mmol)和DMAP(15mg)的溶液中，然后在室温下搅拌16h。用柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/乙醇(EtOH)，100/3)纯化，得到化合物5(989mg，产率45％)，为黄色油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.74–7.68(m,2H),7.40(dq,J＝8.3,0.8Hz,2H),6.45(d,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.20(t,J＝6.0Hz,2H),3.75–3.68(m,6H),3.68–3.54(m,9H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ142.69,132.99,131.90,131.86,129.78,127.91,120.10,120.04,120.03,120.00,71.73,70.88,70.85,69.80,69.62,68.87,68.74,61.89,21.51.MS(FAB)m/z(％)594.05(43)[M]+.
[0113]将溶于干燥乙腈(50mL)的5(990mg、1.67mmol)、1-羟基芘6(1.17g、5.00mmol)、碳酸钾(1.38g，10mmol)、溴化锂(10mg)和18-冠醚-6(10mg)回流加热16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH，100：3)纯化，得到化合物7(1.07g，产率95％)，为黄色固体。将化合物7(638mg，0.95mmol)、TsCl(362mg，1.9mmol)、DMAP(10mg)和Et3N(1.1mL，7.6mmol)的溶液溶于无水二氯甲烷(50mL)中，在室温下搅拌16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH，100：3)纯化粗残渣，得到化合物8(691mg，产率88％)，为黄色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.80–7.74(m,1H),7.74–7.67(m,2H),7.66–7.55(m,2H),7.40(dq,J＝8.5,0.8Hz,2H),7.01(d,J＝8.4Hz,1H),6.78(dq,J＝9.0,0.8Hz,1H),6.45(d,J＝1.0Hz,2H),6.17(dt,J＝9.0,4.9Hz,1H),5.88(tt,J＝5.1,1.0Hz,1H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.24–4.15(m,4H),3.92(ddt,J＝18.0,5.1,0.9Hz,1H),3.75(t,J＝4.9Hz,2H),3.75–3.62(m,7H),3.67–3.57(m,4H),3.43(dp,J＝4.9,1.0Hz,2H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13CNMR(125MHz,Chloroform-d)δ151.00,142.69,137.19,132.99,131.90,131.86,130.25,130.00,129.94,129.78,129.08,127.91,126.59,126.26,125.21,124.91,124.14,123.71,121.20,120.10,120.04,120.03,120.00,113.10,70.88,70.85,70.37,69.63,69.61,68.87,68.74,68.73,32.84,25.66,21.51.MS(FAB)m/z(％)810.24(35)[M]+.
[0114]将对三甲基硅基苯酚9(1.96g，10mmol)、2-(2-氯乙氧基)乙醇10(1.31g，11mol)、碳酸钾(K2CO3，2.76g，20mol)和碘化钾(KI，20mg)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF，100mL)溶液在100℃下搅拌16h。冷却至室温后，在真空中去除DMF，并对残留物进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1/1)，得到化合物11(2.30g，81％)，为无色油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.45–7.39(m,2H),6.98–6.92(m,2H),4.13(t,J＝5.0Hz,2H),3.75(t,J＝5.0Hz,2H),3.68–3.61(m,2H),3.60–3.55(m,2H),2.92(t,J＝6.3Hz,1H),0.25(s,8H).13CNMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,133.10,116.63,114.79,104.72,94.90,72.62,69.88,68.07,61.89.MS(EI)m/z(％)284(37)[M+1]+.
[0115]将化合物11(1.56g，5.5mmol)、对甲苯磺酰氯(TsCl，1.14mg，6.0mmol)、4-二甲氨基吡啶(DMAP，10mg)和三乙胺(Et3N，1.4mL，10mmol)的溶液放在无水二氯甲烷(CH2Cl2，50mL)中，在室温下搅拌16h。加入二氧化硅(7.0g)后，将混合物浓缩，用短程柱(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：4)纯化，得到甲苯磺酸盐12，为无色油。将甲苯磺酸盐12(1.31g，3.0mmol)、(1S)-5-(2-(2-溴乙氧基)乙氧基)十氢萘-1-醇13(1.12g、3.5mmol)、碳酸钾(828g，6.0mmol)、溴化锂(15mg)和18-冠醚-6(18C6，10mg)在乙腈(MeCN，50mL)中回流加热16h。用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH，100：3)纯化，得到化合物14(1.27g，总产率72％)，为灰白色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.45–7.39(m,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),6.98–6.92(m,4H),4.20(td,J＝4.9,1.3Hz,4H),4.12(t,J＝5.0Hz,2H),3.86(t,J＝3.4Hz,2H),3.77(t,J＝5.0Hz,2H),3.70(dt,J＝8.1,5.0Hz,4H),3.52(t,J＝3.4Hz,2H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,155.06,155.04,133.10,126.91,126.88,126.28,119.20,119.19,116.63,114.79,109.06,108.99,104.72,94.90,70.44,70.09,69.94,69.55,68.93,68.87,68.14,29.95.MS(FAB)m/z(％)586(46)[M]+.
[0116]将化合物14(1.17g，2.0mmol)、碳酸钾(0.42g，3.0mmol)溴化锂(7mg)、18-冠醚-6(18C6，5mg)和化合物15(0.74g，3.0mmol)的混合物置于MeCN(20mL)中，并在回流下加热16小时。得到一种黄色油，经柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/MeOH，99：1)纯化，得到化合物16(1.18g，产率77％)，为白色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.69–7.63(m,2H),7.63–7.55(m,4H),7.45–7.39(m,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.02–6.92(m,6H),4.20(t,J＝4.9Hz,4H),4.13(t,J＝5.0Hz,4H),3.71(dt,J＝8.1,5.0Hz,9H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.77,159.79,155.07,155.05,139.78,133.28,133.11,131.95,128.48,128.28,126.84,126.81,126.28,121.75,119.20,119.19,116.36,115.22,114.79,109.06,109.00,104.50,94.90,70.45,70.44,70.10,70.09,68.92,68.87,68.19,68.14.MS(FAB)m/z(％)766(33)[M+1]+.
[0117]将由化合物17制备的格氏试剂18(3mL，3mmol)溶液加入化合物16(800mg，0.8mmol)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4，80mg)的无水THF(10mL)溶液中，并在回流下加热16h。冷却至室温后，将溶剂蒸发，得到粗化合物19，一种黄色的油。然后再在甲醇/二氯甲烷(1：1，50mL)中溶解，将盐酸溶液(质量分数为10％，0.5mL)加入混合物中，在室温下再搅拌16h。对粗残渣进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：2)纯化，得到化合物20(0.45g，产率71％)，为白色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.65–7.57(m,6H),7.52–7.46(m,2H),7.45–7.39(m,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.02–6.92(m,7H),6.89–6.83(m,2H),4.20(t,J＝4.9Hz,4H),4.13(t,J＝5.0Hz,4H),3.71(dt,J＝8.1,5.0Hz,9H),0.25(s,8H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,159.78,158.00,155.06,155.04,140.86,140.68,133.33,133.10,131.45,128.48,128.39,127.99,127.96,127.92,126.91,126.88,126.28,119.20,119.19,116.63,115.85,115.22,114.79,109.06,108.99,104.72,94.90,70.45,70.44,70.10,70.09,68.92,68.87,68.19,68.14.MS(FAB)m/z(％)786(20)[M]+.
[0118]将化合物20(551mg、0.70mmol)、化合物8(578mg、0.70mmol)、碳酸钾(484mg、3.5mol)、溴化锂(5mg)和18-冠醚-6(5mg)溶液在无水MeCN(20mL)中回流加热16h。粗产物经柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：乙酸乙酯/己烷，1：2)纯化，得到化合物21(474mg，产率47％)，为黄色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ8.24–8.18(m,1H),8.12–8.03(m,2H),8.04(s,2H),8.01–7.85(m,5H),7.65–7.57(m,7H),7.45–7.39(m,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.16(d,J＝8.4Hz,1H),7.02–6.92(m,8H),6.45(t,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.22(dt,J＝16.3,5.0Hz,6H),4.13(t,J＝5.0Hz,6H),3.79–3.63(m,18H),3.60(t,J＝4.8Hz,4H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,159.79,159.78,155.06,155.04,155.02,140.87,140.86,133.34,133.33,133.10,132.29,132.00,131.90,131.86,128.56,128.52,128.48,127.99,127.96,127.92,127.75,127.38,127.37,127.25,127.09,126.91,126.88,126.35,126.33,126.28,125.93,125.87,125.85,124.10,123.13,120.10,120.04,120.03,120.00,119.20,119.19,116.63,115.32,115.27,115.22,114.79,113.42,109.06,108.99,104.72,94.90,70.88,70.85,70.45,70.44,70.36,70.10,70.09,69.87,69.62,69.61,68.97,68.93,68.87,68.25,68.14,68.08.MS(FAB)m/z(％)1424(34)[M]+.
[0119]将含化合物21(447mg，0.31mmol)、化合物22·2PF6(648mg，0.92mmol)和1,4-双(溴甲基)苯23(242mg，0.92mmol)的无水DMF(30mL)溶液在室温下搅拌10天。将反应混合物直接进行柱层析(二氧化硅)纯化，回收的化合物21用丙酮(Me2CO)洗脱，然后将洗脱液改为Me2CO/NH4PF6(1.0g NH4PF6，100mL Me2CO)，收集含有化合物24·4PF6的绿色条带。大部分的溶剂在真空下被除去后，在残渣中加入水(50mL)后，过滤收集沉淀，用乙醚(Et2O，30mL)洗涤，真空干燥，得到24·4PF6(312mg，产率39％)，为绿色粉末，即为化合物A2。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.12–9.07(m,8H),8.71–8.66(m,8H),8.24–8.18(m,1H),8.12–8.03(m,2H),8.04(s,2H),8.01–7.85(m,5H),7.65–7.57(m,7H),7.45–7.40(m,2H),7.39(s,7H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.16(d,J＝8.4Hz,1H),7.02–6.92(m,8H),6.10(d,J＝0.9Hz,8H),6.45(t,J＝1.0Hz,2H),4.28(d,J＝1.0Hz,4H),4.22(dt,J＝16.3,5.0Hz,6H),4.13(t,J＝5.0Hz,6H),3.79–3.63(m,18H),3.60(t,J＝4.8Hz,4H),0.25(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ161.76,159.79,159.78,155.06,155.04,155.02,140.87,140.86,147.67,146.53,134.75,133.34,133.33,133.10,132.29,132.00,131.90,131.86,128.56,128.52,128.48,128.08,127.99,127.96,127.92,127.78,127.75,127.38,127.37,127.25,127.09,126.91,126.88,126.35,126.33,126.28,125.93,125.87,125.85,124.10,123.13,120.10,120.04,120.03,120.00,119.20,119.19,116.63,115.32,115.27,115.22,114.79,113.42,109.06,108.99,104.72,94.90,70.88,70.85,70.45,70.44,70.36,70.10,70.09,69.87,69.62,69.61,68.97,68.93,68.87,68.25,68.14,68.08,64.09.MS(FAB)m/z(％)2560(26)[M]+.
[0120](2)垂直单分子膜场效应控制开关的制备
[0121]除了将化合物A2替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
[0122]利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压分别为-0.5V、0V、0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线，结果分别如图7、图8、图9所示，根据图7-图9可知，在源漏电压从-2V逐渐增加到+2V的过程中，源漏电流增大，分子电导提高；在源漏电压从+2V逐渐减少到-2V的过程中，源漏电流减小，分子电导降低；此外，相对于栅压为0V，栅压为±0.5V时的源漏电流提高。利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在248-303K的范围内结果均一致。上述结果表明所得垂直单分子膜场效应控制开关对分子电导特性有很强的调控能力，具有较强的栅调控能力，并且可以在空气环境中稳定存在。
[0123]实施例3基于化合物A3的垂直单分子膜场效应控制开关
[0124](1)化合物A3的制备：
[0125]
[0126]
[0127]将化合物1(5H,5'H-2,2'-双[1,3]二硫代[4,5-c]吡咯亚烯，0.80g，2.83mmol)溶解于无水DMF(30mL)中，冷却至0℃，排气(N2，10min)，然后加入碘化物2(2.50g，8.33mmol)，然后把NaH(0.80g 60％的矿物油悬浮液，20.0mmol)加入上述溶液中。将反应混合物在0℃下搅拌3h，然后用二氯甲烷(500mL)稀释反应混合物，用饱和氯化钠溶液(1500mL)洗涤，并干燥(硫酸镁)。去除溶剂后得到一种棕色油，通过柱层析纯化(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/甲醇(MeOH)19：1)。收集宽黄色条带并浓缩，得到化合物3(1.19g，产率67％)，为黄色油。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ6.45(s,3H),4.72–4.66(m,2H),4.03(t,J＝3.7Hz,4H),3.81–3.58(m,17H),1.69–1.55(m,12H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ122.08,119.00,116.44,99.71,69.97,69.26,66.13,63.51,47.96,30.55,25.38,19.88.MS(EI):m/z(％):626(24)[M+].
[0128]化合物3(1.14g，1.82mmol)在四氢呋喃(THF)/乙醇(EtOH)(50mL，1：1)中的溶液在加入对甲苯磺酸(TsOH，10mg)之前脱气(N2，10min)。将黄色溶液在室温下搅拌20h，然后用二氯甲烷(100mL)稀释。结合的有机相用饱和的碳酸氢钠水溶液(200mL)、水(300mL)洗涤，并干燥(硫酸镁)。在真空中浓缩为黄色粉末，然后进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/MeOH 24：1)纯化。收集黄绿色条带，溶剂蒸发得到化合物4(0.56g，产率67％)为黄色粉末。将溶解在无水二氯甲烷(30mL)中的4-甲苯磺酰氯(TsCl，0.57g，2.99mmol)按20-30min滴完的速度滴加到化合物4(1.30g、2.83mmol)、Et3N(2mL、1.5g、14mmol)和4-二甲胺吡啶(DMAP，10mg)的无水二氯甲烷(90mL)冰冷溶液中。将反应混合物搅拌20h(0℃至室温)，然后加入氧化铝(10g)，除去溶剂。将得到的绿色粉末直接进行柱层析(二氧化硅)，用二氯甲烷将双磺酸盐(0.90g，产率41％)洗脱，然后将洗脱液改为CH2Cl2/甲醇(99：1)，收集含有所需的单磺酸盐的黄色带，浓缩化合物5(0.38g，产率22％)，为黄色固体。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.74–7.68(m,2H),7.40(dq,J＝8.3,0.9Hz,2H),6.45(s,4H),4.20(t,J＝6.0Hz,2H),4.03(t,J＝3.7Hz,4H),3.74–3.62(m,8H),3.58(t,J＝4.6Hz,2H),2.41(d,J＝1.0Hz,3H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ142.69,132.99,129.78,127.91,122.18,122.13,122.08,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,71.78,70.27,70.02,68.91,68.73,61.50,48.03,47.98,21.51.MS(基质辅助激光解析电离-飞行时间(MALDI-TOF)):m/z(％):612(100)[M+].
[0129]用CH2Cl2/MeOH(23：2)将原料4(0.45g，产率34％)洗脱。在75℃下加热含单磺酸盐5(0.37g，0.60mmol)、1-羟基芘6(0.42g，1.80mmol)、碳酸钾(0.50g，3.6mmol)、溴化锂(10mg，cat)和[18]-冠醚-6(10mg)的无水MeCN(50mL)溶液20h。冷却至室温后，将反应混合物过滤，用MeCN(20mL)彻底洗涤残渣。将有机滤液在真空中浓缩，用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/Me2CO 97：3)纯化黄色残渣。收集黄色条带，溶剂蒸发得到化合物7(0.28g，产率70％)，为黄色泡沫。含化合物7(0.28g，0.41mmol)、TsCl(0.16g，0.82mmol)、Et3N(0.5mL，0.35g，3.3mmol)和DMAP(10mg，cat)的溶液加在无水的二氯甲烷(150mL)中，在室温下搅拌20h。加入氧化铝(10g)，然后去除溶剂，用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/Me2CO99：1)纯化残留物。收集黄色条带，溶剂蒸发得到化合物8(0.27g，产率81％)，为黄色泡沫。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.99(d,J＝8.4Hz,1H),7.88–7.82(m,1H),7.76–7.68(m,3H),7.43–7.34(m,4H),7.32(d,J＝8.6Hz,1H),6.93(d,J＝8.6Hz,1H),6.45(s,4H),4.24–4.17(m,4H),4.03(td,J＝3.7,1.5Hz,4H),3.76–3.68(m,4H),3.65(t,J＝3.7Hz,4H),3.18–3.05(m,4H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ153.81,142.69,136.73,132.99,132.37,132.36,130.29,129.78,129.37,127.91,126.50,126.29,125.55,125.16,124.93,123.90,123.11,122.18,122.13,122.08,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,112.99,70.04,70.02,69.24,68.91,68.88,68.73,48.01,47.63,30.79,30.47,21.51.MS(傅立叶变换-基质辅助激光解吸离子化(FT-MALDI)):m/z(％):824(100)[M+].
[0130]将含有碳酸钾(0.34g，2.4mmol)、溴化锂(10mg)、[18]-冠醚-6(10mg)的无水MeCN(50mL)的溶液加入甲苯磺酸盐8(0.50g，0.60mmol)和化合物9(5-(2-((四氢-2H-吡喃-2-基)氧基)乙氧基)乙氧基萘-1醇，0.26g，0.79mmol)，回流加热20h。冷却至室温后，过滤反应混合物，用MeCN(100mL)洗涤残渣。将有机相滤液真空浓缩，用柱层析法(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/EtOH 97：3)纯化黄色油性残渣。收集黄色条带，蒸发溶剂，得到化合物10(0.36g，产率60％)，为黄色泡沫。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.98–7.91(m,2H),7.25–7.11(m,4H),7.04(dt,J＝9.0,1.2Hz,1H),6.98–6.92(m,2H),6.92–6.77(m,4H),6.73(ddt,J＝9.0,7.9,1.0Hz,1H),6.56(dt,J＝7.9,1.1Hz,1H),6.45(s,4H),4.69(td,J＝2.5,2.1,1.0Hz,1H),4.51(dqd,J＝7.4,1.8,0.9Hz,1H),4.42(dqd,J＝7.5,1.8,0.9Hz,1H),4.25–4.16(m,4H),4.19–4.08(m,2H),4.03(td,J＝3.7,1.2Hz,4H),3.81–3.54(m,17H),1.69–1.55(m,6H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ155.43,155.06,155.04,134.24,133.43,131.69,128.32,127.67,127.62,127.58,127.53,127.00,126.91,126.88,126.41,126.28,125.11,122.18,122.13,122.08,119.20,119.19,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,116.07,109.45,109.06,108.99,99.71,70.37,70.04,70.02,69.63,69.24,69.07,68.93,68.88,68.59,66.14,63.51,47.67,47.63,47.43,43.09,30.55,25.38,19.88.MS(FT-MALDI):m/z(％):998(100)[M+].
[0131]化合物10(0.32g，0.32mmol)在THF/EtOH(40mL，1：1)中的溶液在加入TsOH(10mg)之前脱气(N2，10min)。将该黄色溶液在室温下搅拌16h，然后用二氯甲烷(50mL)稀释。结合的有机相用饱和的碳酸氢钠水溶液(50mL)和水(50mL)洗涤，并干燥(硫酸镁)。真空中浓缩为黄色油，然后进行柱层析(二氧化硅柱层析，洗脱液：CH2Cl2/乙酸乙酯1：1)。收集黄色条带，蒸发溶剂得到化合物11(0.16g，产率56％)，为黄色泡沫。含化合物11(0.16g，0.17mmol)、TsCl(0.068g，0.35mmol)、Et3N(0.2mL，0.14g，1.4mmol)和DMAP(10mg)的无水二氯甲烷(50mL)溶液在室温下搅拌20h，然后去除溶剂，用柱层析法纯化黄色固体(二氧化硅柱层析，洗脱液：二氯甲烷/乙酸乙酯19：1)。收集黄色条带，溶剂蒸发得到化合物12(0.18g，产率98％)为黄色泡沫。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.98–7.92(m,2H),7.74–7.68(m,2H),7.40(dq,J＝8.3,0.8Hz,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.18–7.12(m,2H),7.04(dt,J＝9.0,1.2Hz,1H),6.97–6.92(m,2H),6.92–6.77(m,4H),6.73(ddt,J＝9.0,7.9,1.0Hz,1H),6.56(dt,J＝7.9,1.1Hz,1H),6.45(s,4H),4.51(dqd,J＝7.4,1.8,0.9Hz,1H),4.42(dqd,J＝7.5,1.8,0.9Hz,1H),4.26–4.17(m,6H),4.20–4.09(m,2H),4.03(td,J＝3.7,1.2Hz,4H),3.79–3.62(m,13H),2.41(d,J＝0.9Hz,3H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ155.43,155.06,155.04,142.69,134.24,133.43,132.99,131.69,129.78,128.32,127.91,127.67,127.62,127.58,127.53,127.00,126.91,126.88,126.41,126.28,125.11,122.18,122.13,122.08,119.20,119.19,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,116.07,109.45,109.06,108.99,70.38,70.04,70.02,69.24,69.07,68.93,68.88,68.87,68.76,68.59,47.67,47.63,47.43,43.09,21.51.MS(FT-MALDI):m/z(％):1068(100)[M+].
[0132]将含化合物12(0.17g，0.16mmol)、对三甲基硅基苯酚13(0.05g，0.18 0.24mmol)、碳酸钾(0.09g，0.64mmol)、溴化锂(10mg)和18-冠醚-6(18C6，10mg)的乙腈(MeCN，50mL)溶液回流加热20h。冷却至室温后，将反应混合物过滤，用乙腈(100mL)洗涤固体。将组合的有机提取物干燥(硫酸镁)，真空中浓缩为黄色油，通过柱层析(失活二氧化硅柱层析，洗脱液：二氯甲烷/乙酸乙酯3：2)纯化。收集黄色条带，蒸发溶剂，得到化合物14(0.12g，产率68％)，为黄色泡沫。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.18–7.11(m,2H),7.04(dt,J＝9.0,1.2Hz,1H),6.98–6.92(m,2H),6.92–6.77(m,4H),6.73(ddt,J＝9.0,7.9,1.0Hz,1H),6.56(dt,J＝7.9,1.1Hz,1H),6.45(s,4H),4.51(dqd,J＝7.4,1.8,0.9Hz,1H),4.46–4.38(m,1H),4.21(td,J＝5.0,3.1Hz,4H),4.19–4.08(m,2H),4.03(td,J＝3.7,0.8Hz,4H),3.83(p,J＝4.7Hz,1H),3.78–3.55(m,14H),2.59(p,J＝6.3Hz,1H),1.94–1.59(m,9H),0.16(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ155.43,155.06,155.04,134.24,133.43,131.70,128.32,127.67,127.62,127.58,127.53,127.00,126.91,126.88,126.41,126.28,125.11,122.18,122.13,122.08,119.20,119.19,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,116.07,109.45,109.06,108.99,106.99,90.80,70.99,70.37,70.04,70.02,69.24,69.07,68.93,68.88,68.59,67.80,47.67,47.63,47.43,43.09,30.11,29.52,27.69.MS(MALDI-TOF):m/z(％):1092(100)[M+].
[0133]将化合物14(1.09g，0.10mmol)、化合物15·2PF6(0.22g，0.31mmol)和1,4-双(溴甲基)苯16(0.082g，0.31mmol)的无水DMF(8mL)溶液转移到聚四氟乙烯管中，在室温下承受10kbar压力3天。将绿棕色溶液直接进行柱层析(二氧化硅)，用Me2CO洗脱未反应的化合物14，然后将洗脱液改为Me2CO/NH4PF6(1.0g NH4PF6，100mL Me2CO)(Ion exchange withNH4PF6)，收集绿棕色条带。大部分溶剂在真空中(T<30℃)中去除，然后加入水(100mL)。通过过滤收集得到的沉淀物，用水(40mL)和乙醚(Et2O，60mL)洗涤，并在五氧化二磷上真空干燥，得到化合物17·4PF6(0.10g，产率47％)，为棕色固体，即为化合物A3。1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.12–9.07(m,8H),8.71–8.66(m,8H),7.95(dt,J＝7.9,0.8Hz,2H),7.39(s,7H),7.21(t,J＝7.9Hz,2H),7.18–7.11(m,2H),7.04(dt,J＝9.0,1.2Hz,1H),6.98–6.92(m,2H),6.92–6.77(m,4H),6.73(ddt,J＝9.0,7.9,1.0Hz,1H),6.56(dt,J＝7.9,1.1Hz,1H),6.45(s,4H),6.10(d,J＝0.9Hz,8H),4.51(dqd,J＝7.4,1.8,0.9Hz,1H),4.46–4.38(m,1H),4.21(td,J＝5.0,3.1Hz,4H),4.19–4.08(m,2H),4.03(td,J＝3.7,0.8Hz,4H),3.83(p,J＝4.7Hz,1H),3.78–3.55(m,14H),2.59(p,J＝6.3Hz,1H),1.94–1.59(m,9H),0.16(s,7H).13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ155.43,155.06,155.04,147.67,146.53,134.75,134.24,133.43,131.70,128.32,128.08,127.78,127.67,127.62,127.58,127.53,127.00,126.91,126.88,126.41,126.28,125.11,122.18,122.13,122.08,119.20,119.19,119.09,119.00,116.53,116.49,116.44,116.07,109.45,109.06,108.99,106.99,90.80,70.99,70.37,70.04,70.02,69.24,69.07,68.93,68.88,68.59,67.80,64.09,47.67,47.63,47.43,43.09,30.11,29.52,27.69.MS(ES):m/z(％):2229(100)[M+].
[0134](2)垂直单分子膜场效应控制开关的制备
[0135]除了将化合物A3替代化合物A1外，其余与实施例1相同。
[0136]利用Agilent 4155C半导体测试仪和ST-500-探针台测试垂直单分子膜场效应控制开关在栅电压分别为-0.5V、0V、0.5V时，电流随源漏电压变化的特性曲线，结果分别如图10、图11、图12所示，根据图10-图12可知，在源漏电压从-2V逐渐增加到+2V的过程中，源漏电流增大，分子电导提高；在源漏电压从+2V逐渐减少到-2V的过程中，源漏电流减小，分子电导降低；此外，相对于栅压为0V，栅压为±0.5V时的源漏电流提高。利用综合物性测试系统测试温度依赖性，发现在248-303K的范围内结果均一致。上述结果表明所得垂直单分子膜场效应控制开关对分子电导特性有很强的调控能力，具有较强的栅调控能力，并且可以在空气环境中稳定存在。
[0137]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0138]以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。