Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

Um método assistida modelo é comumente usado para a fabricação de matrizes de nanofios verticalmente orientados ^1-3. Este método permite a fabricação direta de geometrias complexas, como nanofios um ^4-6 axialmente ou radialmente ⁷ heterostructured superrede nanofio, que são muitas vezes desejável em várias aplicações eletrônicas e ópticas. Além disso, este é um método nanosynthesis baixo custo e de baixo para cima, com alto rendimento e versatilidade. Como resultado, os métodos de modelo dirigidas ganharam popularidade imensa entre os pesquisadores em todo o mundo ^2,3.

A ideia básica do "método de molde dirigido" é como se segue. Primeiro, um molde é fabricado, que contém uma matriz de nanoporos cilíndricos orientados verticalmente. Em seguida, o material desejado é depositado dentro dos nanoporos até que os poros são preenchidos. Como resultado, o material desejado adopta a morfologia dos poros e forma uma matriz de nanofios hospedado no template. Finalmente, dependendo da aplicação alvo, o modelo de acolhimento pode ser removido. No entanto, esta destrói também a ordem vertical. A geometria e as dimensões das nanoestruturas finais imitar a morfologia dos poros e, consequentemente, a síntese do modelo hospedeira é uma parte crítica do processo de fabricação.

Vários tipos de modelos nanoporosas têm sido relatados na literatura ^8. Os modelos mais comuns incluem: (a) polímeros de trilha-gravadas membranas, (b) copolímeros de bloco e (c) de óxido anódico de alumínio (AAO) modelos. Para criar as faixas gravadas membranas de polímero de uma folha de polímero é irradiado com íons de alta energia, que penetram completamente o papel alumínio e deixar rastros de íons latentes dentro da folha de massa ^9. As faixas são então seletivamente gravado para criar canais nanométricos dentro da folha de polímero ^9. Os canais de partículas nanométricas podem ser ainda mais ampliada de um passo de ataque químico apropriado. Os principais problemas com este método são a não-uniformidade do theletrônicos nanochannels, a falta de controle de localização, distância relativa não-uniforme entre os canais, baixa densidade (número de canais por unidade de área ~ 10 ⁸ / cm ^2), e mal ordenada estrutura porosa ^1. No método de copolímero em bloco de um molde cilíndrico com nanoporos semelhante é criada primeiro, seguido pelo crescimento do material desejado, dentro dos poros ^{de 8.}

No passado, os métodos (a) e (b) acima mencionados foram usados ​​para fabricar os nanofios de polímero ^8. No entanto, estes métodos podem não ser adequados para a síntese de nanofios de qualquer material orgânico arbitrário, devido ao potencial ausência de gravação selectiva durante os passos de pós-processamento. O pós-processamento tipicamente envolve a remoção do modelo hospedeiro, o que para os modelos acima mencionados exigiria solventes orgânicos. Estes solventes podem ter um efeito prejudicial sobre as propriedades físicas e estruturais dos nanofios orgânicos. No entanto, esses modelos funcionam como ho idealpts para nanofios inorgânicos tais como o cobalto ^10, níquel, cobre e multicamadas metálicos ^11, que permanecem inalterados no processo de gravura, que remove o polímero hospedeiro. Outro potencial desafio para os métodos acima mencionados é a baixa estabilidade térmica da matriz hospedeira, a temperaturas mais elevadas. Alta temperatura de recozimento é muitas vezes necessária para melhorar a cristalinidade dos nanofios orgânicos, o que indica a necessidade de boa estabilidade térmica da matriz hospedeira.

Controlado oxidação electroquímica de alumínio (também conhecido como "anodização" de alumínio) é um processo industrial bem conhecido e é normalmente utilizado no automóvel, utensílios de cozinha, aeroespacial e outras indústrias para proteger a superfície de alumínio contra a corrosão ^12. A natureza do alumínio oxidado (ou "de alumina anódica") depende criticamente o pH do electrólito utilizada para a anodização. Para aplicações de resistência à corrosão, a anodização é geralmente realizada com weaácidos K (pH ~ 5-7), que criam um compacto, não poroso, "barreira do tipo" filme de alumina ^12. No entanto, se o electrólito é fortemente ácida (pH <4), o óxido transforma-se "poroso", devido à dissolução local do óxido pelos iões H ^+. O campo eléctrico local, através do óxido determina a concentração local de os iões H ⁺ e, consequentemente, a superfície pré-modelação antes da anodização oferece algum controlo sobre a estrutura porosa final. Os poros são cilíndricos, com pequeno diâmetro (~ 10-200 nm) e, portanto, tais películas anódicas nanoporosas alumina têm sido extensivamente utilizados nos últimos anos para sintetizar nanofios de vários materiais ^2,3.

Templates de alumina anódica Nanoporosos oferecer melhor estabilidade térmica, alta densidade de poros, a ordem dos poros de longo alcance, e excelente tunability de diâmetro de poro, o comprimento, a separação inter-poros e densidade de poros via escolha criteriosa dos parâmetros de anodização, como pH do eletrólito e anodização volt^2,3 anos de idade. Devido a estas razões, escolher modelos AAO como matriz hospedeira para o crescimento de nanofios orgânicos. Além disso, os óxidos inorgânicos, tais como alumina tem energia de superfície elevada, facilitando assim o espalhamento uniforme da solução orgânica (baixa energia de superfície) na superfície de alumina ^13. Além disso, nosso objetivo é crescer essas matrizes de nanofios diretamente em um condutor e / ou substrato transparente. Como resultado, a poro é fechado na extremidade inferior, que necessita de uma consideração adicional, como descrevemos a seguir. Crescimento de nanofios dentro de um modelo através de poros e posterior transferência para o substrato desejado muitas vezes é indesejável devido à má qualidade da interface e este método não é mesmo viável para nanofios de curta duração (ou modelos finos), devido à baixa estabilidade mecânica dos modelos magras .

materiais orgânicos π-conjugados podem ser genericamente classificados em duas categorias: (a) os polímeros conjugados de cadeia longa, e (b) de peso molecular pequeno orgânico s emiconductors. Vários grupos relataram a síntese de nanofios de polímero de cadeia longa nos nanoporos cilíndricos de um modelo de OAA no passado. Revisão abrangente sobre este assunto está disponível em refs ^8,14. No entanto, a síntese de nanofios comercialmente importantes de pequenos orgânicos moleculares (tais como rubreno, tris-8-hidroxiquinolina de alumínio (Alq _3), e PCBM) em AAO é extremamente rara. Deposição física de vapor de rubreno e Alq _3, dentro dos nanoporos de molde AAO foi relatado por diversos grupos de ^4,15-17. No entanto, apenas uma fina camada (~ 30 nm) de compostos orgânicos possa ser depositado dentro dos poros (~ 50 nm de diâmetro) e deposição prolongada tende a bloquear a entrada de poro ^4,16,17. O enchimento dos poros completa pode ser conseguida neste método se o diâmetro dos poros é suficientemente grande (~ 200 nm) ^15. Assim, é importante encontrar um método alternativo que é aplicável para o diâmetro de poros na gama sub-100 nm.