图1. （a）聚合物单分子薄膜密度依赖；（b）自组装单层和迭代单体结构；（c）电化学迭代过程；（d）聚合物单分子结晶薄膜制备；（d）聚合物单链制备。

  宏观尺度聚合物结晶材料理论上要求具有单一取向聚合物排列，而聚合物单分子薄膜是实现这一材料的可能途径。如上图a所示，厚度和分子长度相当的理想聚合物单分子薄膜，难以通过常用聚合物表面接枝和表面引发聚合两种方法实现。表面接枝得到的聚合物密度很低，而表面自由基引发实际引发效率非常低。例如，表面引发聚合制备PMMA单分子薄膜，其表面活性位点只有约10 ~ 30%发生聚合，薄膜厚度为理论长度的40%。半刚性聚噻吩单分子薄膜厚度也仅为分子长度的63%。至今为止，表面引发聚合得到复杂结构和光电功能化聚合物还十分困难，这是由于合成过程受空间动力学和统计学限制。

图2. （a）聚合物单分子薄膜XRD；（b）电活性和非电活性共组装单层调控制备；（c）单分子力谱；（d）统计模量；（e）EGaIn测试示意图；（f）聚合物长度和偏压依赖导电；（g）聚合物长度依赖的电流密度；（h）聚合物单分子结晶薄膜和其无定形电化学聚合薄膜的电流密度比较。

图3. （a）聚合物单分子的氧化还原态；（b-d）二聚体偏压依赖的忆阻行为；（e,f）六聚体的忆阻行为；（g,h）十聚体的忆阻行为；（f）聚合物长度和偏压依赖导电；（i）十聚体的偏压依赖的忆阻开关比。

  单分子材料功能调控和器件产率仍然制约着单分子器件的发展。聚合物单分子与小分子单层相比具有更高的器件产率，同时也满足了器件小型化和低功耗要求。研究表明，聚合物单分子具有丰富的氧化还原态，不仅表现了偏压依赖的忆阻行为，而且还表现了分子长度依赖的忆阻行为。金属配合物单体组成和序列可控聚合物单分子材料将进一步丰富忆阻行为和信息密度是可预测的。

  论文合作者包括：厦门大学洪文晶教授（EGaIn）、西南交通大学崔树勋教授（单分子力谱）及化学所李书沐副研究员（质谱）。