Ultrahigh Array Densité de alignés verticalement nanofils organiques petite moléculaires sur des substrats arbitraires

Une méthode assistée par matrice est couramment utilisé pour la fabrication de réseaux de nanofils orientés verticalement ^3.1. Cette méthode permet la fabrication directe des géométries complexes tels que les nanofils un axe ^4-6 ou radialement ⁷ heterostructured super-réseau de nanofils, qui sont souvent souhaitable dans diverses applications électroniques et optiques. En outre, il s'agit d'une méthode de nano-synthèse bottom-up low-cost avec un débit élevé et la polyvalence. En conséquence, dirigée par une matrice méthodes ont acquis une immense popularité parmi les chercheurs du monde entier ^2,3.

L'idée de base de la «méthode dirigée par une matrice" est le suivant. D'abord un gabarit est fabriqué, qui contient un tableau de nanopores cylindriques orientées verticalement. Ensuite, la matière désirée est déposée à l'intérieur des nanopores jusqu'à ce que les pores sont remplis. En conséquence, le matériau désiré adopte la morphologie des pores et forme un réseau de nanofils accueilli au sein de la template. Enfin, en fonction de l'application cible, le modèle de l'hôte peut être enlevé. Toutefois, cela détruit aussi l'ordre vertical. La géométrie et les dimensions des nanostructures derniers imitent la morphologie des pores et donc la synthèse de la matrice hôte est une partie essentielle du processus de fabrication.

Différents types de modèles nanoporeux ont été rapportés dans la littérature ^8. Les modèles les plus couramment utilisés comprennent (a) un polymère pistes gravées membranes, (b) les copolymères à blocs et (c) l'oxyde d'aluminium anodisé (AAO) des modèles. Pour créer les pistes gravées membranes de polymère une feuille polymère est irradié avec des ions de haute énergie, qui pénètrent complètement la feuille et laissent des traces d'ions latentes au sein de la feuille en vrac ^9. Les pistes sont alors sélectivement gravées pour créer des canaux nanométriques au sein de la feuille de polymère ^9. Les canaux nanométriques peuvent être encore élargis par une étape de gravure adapté. Les principaux problèmes avec cette méthode sont la non-uniformité de the nanocanaux, le manque de contrôle de l'emplacement, la distance par rapport non uniforme entre les canaux, la faible densité (nombre de canaux par unité de surface ~ 10 ⁸ / cm ^2), et mal commandés structure poreuse ^1. Dans le procédé de copolymère séquencé d'un modèle cylindrique semblable nanoporeuse est d'abord créée, puis la croissance d'un matériau souhaité au sein des pores ^8.

Dans le passé, les méthodes (a) et (b) mentionnés ci-dessus ont été utilisés pour fabriquer des nanofils de polymère ^8. Cependant, ces méthodes peuvent ne pas convenir pour la synthèse de nanofils de toute matière organique arbitraire en raison de l'absence potentielle de gravure sélective au cours des étapes de post-traitement. Le post-traitement consiste généralement l'enlèvement de la matrice hôte, qui, pour les modèles ci-dessus, il faudrait des solvants organiques. Ces solvants peuvent avoir un effet néfaste sur les propriétés structurales et physiques des nanofils organiques. Cependant, ces modèles fonctionnent comme ho idéalm pour nanofils inorganiques tels que le cobalt ^10, le nickel, le cuivre et multicouches métalliques ^11, qui restent inchangés dans le processus de gravure qui élimine l'hôte polymère. Un autre défi potentiel pour les méthodes mentionnées ci-dessus est la faible stabilité thermique de la matrice hôte à des températures plus élevées. Recuit à haute température est souvent nécessaire pour améliorer la cristallinité des nanofils organiques, ce qui indique la nécessité d'une bonne stabilité thermique de la matrice d'accueil.

Contrôlé oxydation électrochimique de l'aluminium (également connu sous le nom "anodisation" de l'aluminium) est un procédé industriel bien connu et est couramment utilisé dans l'automobile, ustensiles de cuisine, de l'aérospatiale et d'autres industries pour protéger la surface en aluminium de la corrosion ^12. La nature de l'aluminium oxydé (ou "d'alumine anodique") dépend de façon critique sur le pH de l'électrolyte utilisé pour l'anodisation. Pour les applications résistance à la corrosion, anodisation est généralement réalisée avec WEAacides (pH ~ k 5-7), qui créent une, non poreux, «barrière de type« compact de film d'alumine ^12. Toutefois, si l'électrolyte est fortement acide (pH <4), l'oxyde devient "poreuse" en raison de la dissolution locale de l'oxyde par des ions H ^+. Le champ électrique local à travers l'oxyde détermine la concentration locale des ^ions H ⁺ et ainsi la surface de pré-structuration avant l'anodisation offre un certain contrôle sur la structure poreuse finale. Les pores sont cylindriques, de petit diamètre (~ 10-200 nm) et par conséquent ces films d'alumine anodique nanoporeux ont été largement utilisés ces dernières années pour la synthèse de nanofils de matériaux divers ^2,3.

Des modèles d'alumine anodique nanoporeux offrent une meilleure stabilité thermique, à haute densité de pores, afin de pores de longue portée, et une excellente capacité de réglage de diamètre de pores, la longueur, la séparation entre les pores et la densité des pores par l'intermédiaire d'un choix judicieux des paramètres d'anodisation tels que le pH de l'électrolyte et l'anodisation volts^2,3 ans. Pour ces raisons, nous choisissons modèles AAO que la matrice hôte pour la croissance de nanofils organiques. En outre, les oxydes inorganiques tels que l'alumine ont une énergie de surface élevée, ce qui facilite l'étalement uniforme de la solution organique (faible énergie de surface) à la surface d'alumine ^13. En outre, notre objectif est de cultiver ces réseaux de nanofils directement sur un conducteur et / ou le substrat transparent. En conséquence, le pore est fermé à l'extrémité inférieure, qui doit être examinée supplémentaire que nous décrivons ci-dessous. La croissance des nanofils dans un modèle à travers des pores et le transfert ultérieur sur le substrat désiré est souvent indésirables en raison de la mauvaise qualité de l'interface et cette méthode n'est pas encore possible pour les nanofils de courte longueur (ou des modèles minces) en raison d'une mauvaise stabilité mécanique des modèles minces .

matières organiques π-conjugués peuvent être classés en deux catégories: (a) les polymères conjugués à longue chaîne et (b) petit poids moléculaire organique s emiconductors. Plusieurs groupes ont rapporté la synthèse de nanofils de polymères à longue chaîne à l'intérieur des nanopores cylindriques d'un modèle AAO dans le passé. Examen exhaustif sur ce sujet sont disponibles dans les références ^8,14. Cependant, la synthèse de nanofils d'importance commerciale petits organiques moléculaires (comme rubrène, tris-hydroxy-8 aluminium (QAL _3), et PCBM) dans AAO est extrêmement rare. Dépôt physique en phase vapeur de rubrène et Alq ₃ dans les nanopores de modèle AAO a été rapportée par plusieurs groupes ^4,15-17. Cependant, seule une couche mince (~ 30 nm) de matières organiques peut être déposé dans les pores (~ 50 nm de diamètre) et le dépôt prolongée tend à bloquer l'entrée des pores ^4,16,17. Pore ​​remplissage complet peut être obtenue dans cette méthode si le diamètre des pores est suffisamment grand (~ 200 nm) ^15. Ainsi, il est important de trouver une méthode alternative qui est applicable pour des diamètres de pores dans la sous gamme de 100 nm.