Altissima densità Array of allineato verticalmente Nanofili organici piccola molecolari su substrati arbitrarie

Un modello di metodo-assistita è comunemente usato per la fabbricazione di orientamento verticale array di nanofili ^1-3. Questo metodo permette la fabbricazione diretta di complesse geometrie nanofili come un senso assiale o radiale ^{4-6 7} heterostructured nanofili superlattice, che sono spesso desiderabile in varie applicazioni di elettronica e ottica. Inoltre, questo è un basso costo, metodo nanosynthesis bottom-up con elevata produttività e versatilità. Di conseguenza, i metodi di template-diretti hanno riscosso un enorme successo tra i ricercatori di tutto il mondo ^2,3.

L'idea di base del "metodo template-diretto" è la seguente. In primo luogo un modello è fabbricato, che contiene una serie di nanopores cilindrici orientati verticalmente. Successivamente, il materiale desiderato è depositato entro i nanopori finché i pori sono riempiti. Come risultato il materiale desiderato adotta la morfologia dei pori e forma una matrice nanofili ospitato all'interno della template. Infine, a seconda dell'applicazione di destinazione, il modello host può essere rimosso. Tuttavia, questo distrugge anche l'ordine verticale. La geometria e le dimensioni delle nanostrutture finali imitano la morfologia dei pori e, quindi, la sintesi del modello host è una parte critica del processo di fabbricazione.

Vari tipi di modelli nanoporous sono stati riportati in letteratura ^8. I modelli più comunemente usati comprendono (a) polimeri tracce incise membrane, (b) copolimeri a blocchi e (c) di ossido di alluminio anodizzato (AAO) modelli. Per creare le tracce incise membrane polimeriche una lamina polimerica viene irradiato con ioni ad alta energia, che penetrano completamente la pellicola e lasciano tracce di ioni latenti all'interno della lamina bulk ^9. I brani vengono poi selettivamente incise per creare canali di dimensioni nanometriche all'interno del foglio di polimero ^9. I canali nanometriche possono essere ulteriormente ampliati da un fase di attacco adatto. I problemi chiave con questo metodo sono la non uniformità del secoloposta nanocanali, la mancanza di controllo della posizione, distanza relativa non uniforme tra i canali, a bassa densità (numero di canali per unità di superficie ~ 10 ⁸ / cm ^2), e poco ordinato struttura porosa ^1. Nel metodo copolimero a blocchi di un modello nanoporoso cilindrico simile viene creato, seguito dalla crescita di materiale desiderato all'interno dei pori ^8.

In passato, i metodi (a) e (b) di cui sopra sono stati utilizzati per fabbricare nanofili polimerici ^8. Tuttavia, questi metodi non possono essere adatti per la sintesi di nanofili di qualsiasi materiale organico arbitrario a causa della potenziale assenza di attacco selettivo durante fasi di post-elaborazione. Post-elaborazione in genere comporta la rimozione del template host, che per i modelli sopra menzionati richiederebbe solventi organici. Tali solventi possono avere effetti deleteri sulle proprietà strutturali e fisiche dei nanofili organici. Tuttavia, questi modelli funzionano come ideale hom per lo nanofili inorganici come cobalto ^10, nichel, rame e multistrati metallici ^11, che rimangono inalterate nel processo di attacco che rimuove il polimero ospitante. Un altro potenziale sfida per i suddetti metodi è la scarsa stabilità termica della matrice ospite a temperature più elevate. Elevata temperatura di ricottura è spesso necessaria per migliorare cristallinità dei nanofili organici, che indica la necessità di una buona stabilità termica della matrice ospite.

Controllata ossidazione elettrochimica di alluminio (anche conosciuto come "anodizzazione" di alluminio) è un processo industriale ben noto ed è comunemente usato in automobile, pentole, aerospaziale e in altri settori per tutelare superficie di alluminio dalla corrosione ^12. La natura del alluminio ossidato (o "allumina anodica") dipende criticamente il pH dell'elettrolita utilizzato per anodizzazione. Per le applicazioni di resistenza alla corrosione, anodizzazione viene generalmente eseguita con WEAk acidi (pH ~ 5-7), che creano un compatto, non poroso, "barriera di tipo" film di allumina ^12. Tuttavia, se l'elettrolito è fortemente acido (pH <4), l'ossido diventa "poroso" a causa di dissoluzione locale dell'ossido dagli ioni H ^+. Il campo elettrico locale attraverso l'ossido determina la concentrazione locale degli ioni H ⁺ e quindi superficie pre-patterning prima anodizzazione offre alcuni controllo sulla struttura porosa finale. I pori sono cilindriche, con diametro piccolo (~ 10-200 nm) e, quindi, tali film di allumina anodica nanoporosi sono stati ampiamente utilizzati in questi anni per la sintesi di nanofili di vari materiali ^2,3.

Nanoporous templates allumina anodica offrono una migliore stabilità termica, alta densità di pori, poro ordine a lungo raggio, ed eccellente tunability del diametro dei pori, lunghezza, separazioni tra poro e densità di pori attraverso scelta giudiziosa di anodizzazione parametri quali pH dell'elettrolita e anodizzazione volt^2,3 anni. Per questi motivi abbiamo scelto modelli di AAO come la matrice di host per la crescita nanocavi organica. Ulteriormente, ossidi inorganici come allumina hanno elevata energia superficiale, facilitando così uniforme diffusione della soluzione organica (bassa energia superficiale) sulla superficie allumina ^13. Inoltre, il nostro obiettivo è quello di coltivare queste matrici nanofili direttamente su un conduttore e / o substrato trasparente. Come risultato, il poro è chiuso all'estremità inferiore, che richiede ulteriore considerazione mentre descriviamo qui di seguito. Crescita di nanofili all'interno di un modello tramite poro e successivo trasferimento al substrato desiderato è spesso indesiderabile a causa della scarsa qualità dell'interfaccia e questo metodo non è nemmeno fattibile per nanofili di breve lunghezza (o modelli sottili) a causa della scarsa resistenza meccanica dei modelli sottili .

materiali organici π-coniugati possono essere classificati in due categorie: (a) polimeri coniugati a catena lunga e (b) piccolo peso molecolare organico s emiconductors. Molti gruppi hanno riportato la sintesi di polimeri a catena lunga nanofili entro i nanopori cilindriche di un modello AAO in passato. Rassegna completa su questo argomento è disponibile in refs ^8,14. Tuttavia, sintesi di nanofili di importanti commercialmente piccole molecolari organiche (ad esempio Rubrene, tris-8-idrossichinolina alluminio (Alq _3), e PCBM) in AAO è estremamente raro. Physical Vapor Deposition di Rubrene e Alq ₃ entro i nanopori del modello AAO è stata riportata da diversi gruppi ^4,15-17. Tuttavia, solo un sottile strato (circa 30 nm) di sostanze organiche può essere depositato all'interno dei pori (diametro ~ 50 nm) e deposizione prolungato tende a bloccare l'ingresso poro ^4,16,17. Completo riempimento dei pori può essere realizzato in questo metodo se il diametro dei pori è sufficientemente grande (~ 200 nm) ^15. Quindi è importante trovare un metodo alternativo che è applicabile per i diametri dei pori nella sub 100 nm gamma.