Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

Ein Template-gestützte Verfahren wird häufig für die Herstellung von vertikal ausgerichteten Nanodrähten ^1-3 verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung von komplexen Geometrien wie Nanodraht axial oder radial ^{4-6 7} heterostructured Nanodraht Übergitter, die oft wünschenswert, verschiedene elektronische und optische Anwendungen. Darüber hinaus ist dies ein Low-Cost-, Bottom-up-Verfahren nanosynthesis mit hohem Durchsatz und Vielseitigkeit. Als Ergebnis haben templatgesteuerte Methoden immense Popularität unter Forschern weltweit ^2,3 gewonnen.

Die Grundidee des "template-directed-Methode" ist wie folgt. Zunächst wird eine Vorlage hergestellt wird, die enthält eine Anordnung von vertikal ausgerichteten zylindrischen Nanoporen. Anschließend wird das gewünschte Material innerhalb der Nanoporen abgeschieden, bis die Poren gefüllt sind. Als Ergebnis das gewünschte Material nimmt die Porenmorphologie und bildet einen Nanodraht-Arrays im t gehostetemplate. Schließlich, in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation kann der Host-Vorlage entfernt werden. Allerdings ist diese zerstört auch die vertikale Ordnung. Die Geometrie und Abmessungen der endgültigen Nanostrukturen imitieren die Porenmorphologie und somit die Synthese des Host-Vorlage ist ein wichtiger Teil des Herstellungsprozesses.

Verschiedene Arten von nanoporöser Vorlagen sind in der Literatur ⁸ gemeldet. Die am häufigsten verwendeten Vorlagen enthalten (a) polymer spurgeätzten Membranen, (b)-Blockcopolymere und (c) anodisches Aluminiumoxid (AAO) vorlagen. Um die Polymer Spur geätzten Membranen erstellen ein Polymer Folie wird mit hochenergetischen Ionen, die vollständig durchdringen die Folie und lassen latente Ionenspuren innerhalb der Masse Folie ⁹ bestrahlt. Die Titel werden dann selektiv geätzt, um nanoskalige Kanäle innerhalb der Polymerfolie ⁹ erstellen. Die nanoskaligen Kanälen kann durch eine geeignete Ätzung verbreitert werden. Key Probleme mit dieser Methode sind die Uneinheitlichkeit der the Nanokanälen, mangelnde Kontrolle der Lage, nicht-einheitliche relative Abstand zwischen den Kanälen, mit niedriger Dichte (Anzahl der Kanäle pro Flächeneinheit ~ 10 ⁸ / cm ^2), und schlecht geordneten porösen Struktur ^1. In dem Block-Copolymer ein ähnliches Verfahren zylindrischen nanoporösen Vorlage wird zunächst erstellt, gefolgt durch das Wachstum der gewünschten Materials in den Poren ^8.

In der Vergangenheit haben die Verfahren (a) und (b) genannten verwendet herzustellen Polymer Nanodrähte ^8. Jedoch können diese Verfahren nicht geeignet für die Synthese von Nanodrähten aus einem beliebigen organischen Material wegen der möglichen Abwesenheit selektives Ätzen während Nachbearbeitungsschritte. Post-Verarbeitung umfasst typischerweise Entfernung des Host-Vorlage, die für die oben genannten Vorlagen organischen Lösungsmitteln erfordern würde. Solche Lösungsmittel können nachteilige Wirkung auf die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der organischen Nanodrähte. Allerdings arbeiten diese Vorlagen als ideal hoM für anorganische Nanodrähte wie Kobalt ^10, Nickel, Kupfer und metallischem Multischichten ^11, die unberührt in dem Ätzprozess, der die Host-Polymer entfernt bleiben. Eine weitere mögliche Herausforderung für die oben genannten Verfahren ist die geringe thermische Stabilität der Grundmatrix bei höheren Temperaturen. Glühen bei hoher Temperatur ist oft erforderlich, um die Kristallinität der organischen Nanodrähte, die die Notwendigkeit einer guten thermischen Stabilität der Wirtsmatrix zeigt verbessern.

Controlled elektrochemische Oxidation von Aluminium (auch als "Eloxieren" aus Aluminium bekannt) ist ein bekannter industriellen Prozess und wird häufig in der Automobil-, Koch-und Raumfahrt und anderen Branchen, um Aluminium-Oberfläche vor Korrosion ¹² zu schützen. Die Art des oxidierten Aluminium (oder "anodische Aluminiumoxid") hängt entscheidend vom pH-Wert des Elektrolyten für die Anodisierung verwendet. Für Korrosionsbeständigkeit Anwendungen wird in der Regel mit wea Anodisierung durchgeführtk Säuren (pH ~ 5-7), die einen kompakten, nicht-porösen, "Barriere-type" Aluminiumoxidfilm ¹² erstellen. Allerdings, wenn der Elektrolyt stark sauren (pH <4), wird das Oxid "porös" aufgrund der örtlichen Auflösung des Oxids durch die H ^+-Ionen. Die lokale elektrische Feld über der Oxidschicht bestimmt die lokale Konzentration der H ^+-Ionen und damit Oberflächen-Musterung vor dem Anodisieren bietet eine gewisse Kontrolle über das endgültige poröse Struktur. Die Poren sind zylindrisch mit kleinem Durchmesser (~ 10-200 nm) und somit wie nanoporösen anodische Aluminiumoxid-Filmen wurden ausführlich in den letzten Jahren für die Synthese von Nanodrähten aus verschiedenen Materialien ^2,3 verwendet.

Nanoporöse anodische Aluminiumoxid Vorlagen bieten eine bessere thermische Stabilität, hohe Porendichte, Langstrecken-Pore Ordnung und hervorragende Einstellbarkeit Pore Durchmesser, Länge, zwischen den Poren Trennung und Porendichte über geschickte Wahl der Anodisierung Parameter wie pH-Wert des Elektrolyten und Anodisierung VoltAlter ^2,3. Aus diesen Gründen wählen wir AAO Vorlagen als Host-Matrix für die organische Nanodrahtwachstums. Weiterhin weisen anorganische Oxide, wie Aluminiumoxid hoher Oberflächenenergie und somit eine gleichmäßige Verteilung der organischen Lösung (niedriger Oberflächenenergie) auf der Aluminiumoxid-Oberfläche ^13. Darüber hinaus ist es unser Ziel, diese Nanodrähte direkt auf einem leitfähigen und / oder transparenten Substrat wachsen. Als Ergebnis wird die Poren am unteren Ende, die zusätzliche Aufmerksamkeit bedarf, wie wir unten beschreiben geschlossen. Das Wachstum der Nanodrähte in einem durch-Pore-Vorlage und die anschließende Übertragung auf das gewünschte Substrat ist oft unerwünscht wegen der schlechten Qualität Schnittstelle und diese Methode ist nicht einmal möglich, für kurze Nanodrähte (oder dünne Vorlagen) aufgrund der schlechten mechanischen Stabilität der dünnen Vorlagen .

π-konjugierte organische Materialien lassen sich grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: (a) langkettigen konjugierten Polymeren und (b) mit geringem Molekulargewicht organischen s emiconductors. Viele Gruppen haben Synthese von langkettigen Polymeren Nanodrähte innerhalb der zylindrischen Nanoporen einer AAO-Vorlage in der Vergangenheit berichtet. Umfassende Bewertung zu diesem Thema finden Sie im refs ^8,14. Allerdings ist die Synthese von Nanodrähten aus kommerziell wichtige niedermolekulare organische Stoffe (wie Rubren, Tris-8-Hydroxychinolin-Aluminium (Alq ₃₎ und PCBM) in AAO äußerst selten. Physikalische Gasphasenabscheidung von Rubren und _Alq3 innerhalb der Nanoporen AAO Vorlage wurde von mehreren Gruppen ^4,15-17 berichtet. Es kann jedoch nur eine dünne Schicht (~ 30 nm) von organischen Stoffen in den Poren abgeschieden werden (~ 50 nm Durchmesser) und verlängerte Abscheidung neigt zu blockieren Poreneingang ^4,16,17. Komplette Porenfüllung können in diesem Verfahren erreicht werden, wenn der Porendurchmesser ist ausreichend groß (~ 200 nm) ^15. Daher ist es wichtig, ein alternatives Verfahren, das anwendbar für Porendurchmesser im sub 100 nm gibt.