Ultra Alta Densidad conjunto de nanocables orgánicos pequeña moleculares verticalmente alineados sobre sustratos arbitrarias

Un método de la plantilla asistida se utiliza comúnmente para la fabricación de matrices de nanohilos orientadas verticalmente ^1-3. Este método permite la fabricación directa de nanocables geometrías complejas tales como un ^4-6 axialmente o radialmente ⁷ heterostructured superred nanocables, que son a menudo deseable en diversas aplicaciones electrónicas y ópticas. Además, este es un método nanosynthesis de bajo costo, de abajo hacia arriba con un alto rendimiento y versatilidad. Como resultado, plantilla dirigidas métodos han ganado popularidad entre los investigadores de todo el mundo ^2,3.

La idea básica del "método de la plantilla-dirigida" es como sigue. En primer lugar se fabrica una plantilla, que contiene una matriz de nanoporos cilíndricas orientadas verticalmente. A continuación, el material deseado se deposita dentro de los nanoporos hasta que se llenan los poros. Como resultado, el material deseado adopta la morfología de poros y forma una matriz de nanocables alojado dentro de la template. Finalmente, dependiendo de la aplicación de destino, la plantilla de host puede ser retirado. Sin embargo, esto también destruye el orden vertical. La geometría y las dimensiones de las nanoestructuras finales imitan la morfología de poros y por lo tanto la síntesis de la plantilla de acogida es una parte crítica del proceso de fabricación.

Varios tipos de plantillas nanoporoso se han reportado en la literatura ^8. Las plantillas más comúnmente usados ​​incluyen (a) un polímero grabadas por pistas membranas, (b) los copolímeros en bloque y (c) anódicos de óxido de aluminio (AAO) plantillas. Para crear las membranas de pista grabados al agua fuerte de polímero una hoja de polímero se irradia con iones de alta energía, que penetran por completo el papel de aluminio y dejan huellas latentes de iones dentro de la lámina de mayor ^9. Las pistas se graban selectivamente a continuación para crear canales de tamaño nanométrico dentro de la hoja de polímero ^9. Los canales de tamaño nanométrico pueden ampliarse aún más mediante una etapa de ataque químico adecuado. Los principales problemas de este método son la falta de uniformidad de thnanocanales electrónicos, falta de control de la ubicación, la distancia relativa falta de uniformidad entre los canales de baja densidad (número de canales por unidad de superficie ~ 10 ⁸ / cm ^2), y mal ordenados estructura porosa ^1. En el método de copolímero de bloque primero se crea una plantilla de nanoporoso cilíndrica similares, seguido por el crecimiento del material deseado dentro de los poros ^8.

En el pasado, los métodos (a) y (b) mencionados anteriormente se han utilizado para la fabricación de nanocables de polímero ^8. Sin embargo, estos métodos pueden no ser adecuados para la síntesis de nanocables de cualquier material orgánico arbitraria debido a la ausencia de potencial de grabado selectivo durante los pasos de post-procesamiento. Post-procesamiento típicamente implica la eliminación de la plantilla de acogida, que para las plantillas antes mencionadas requeriría disolventes orgánicos. Tales disolventes pueden tener un efecto perjudicial sobre las propiedades estructurales y físicas de los nanocables orgánicos. Sin embargo, estas plantillas funcionan como ideales hopts para nanocables inorgánicos tales como cobalto ^10, el níquel, el cobre y multicapas metálicas ^11, que no se ven afectados en el proceso de ataque químico que elimina el polímero huésped. Otro reto potencial de los métodos anteriormente mencionados es la pobre estabilidad térmica de la matriz huésped a temperaturas más altas. De alta temperatura de recocido se requiere a menudo para mejorar la cristalinidad de los nanocables orgánicos, lo que indica la necesidad de una buena estabilidad térmica de la matriz receptora.

Controlado oxidación electroquímica de aluminio (también conocido como "anodización" de aluminio) es un proceso industrial bien conocida y se utiliza comúnmente en el automóvil, utensilios de cocina, aeroespacial y otras industrias para proteger la superficie de aluminio de la corrosión ^12. La naturaleza del aluminio oxidado (o "alúmina anódica") depende de manera crítica en el pH del electrolito utilizado para la anodización. Para aplicaciones de resistencia a la corrosión, la anodización se lleva a cabo generalmente con weak ácidos (pH ~ 5-7), lo que crea una, no poroso, "tipo barrera" pacto película de alúmina ^12. Sin embargo, si el electrolito es fuertemente ácida (pH <4), el óxido se convierte en "porosa" debido a la disolución local del óxido por los iones H ^+. El campo eléctrico local a través de la óxido determina la concentración local de los iones H ⁺ y por lo tanto la superficie de pre-patrón antes de la anodización ofrece cierto control sobre la estructura porosa final. Los poros son cilíndricos, con diámetro pequeño (~ 10-200 nm) y por lo tanto tales películas anódicas de alúmina nanoporoso se han utilizado ampliamente en los últimos años para la síntesis de nanocables de diversos materiales ^2,3.

Plantillas de alúmina anódica Nanoporous ofrecen mejor estabilidad térmica, alta densidad de poros, para poros de largo alcance, y excelente capacidad de ajuste de diámetro de poro, la longitud, la separación entre poros y la densidad de poros a través de una elección juiciosa de los parámetros de anodización tales como el pH del electrolito y anodización voltios^2,3 años de edad. Debido a estas razones elegimos plantillas AAO como la matriz de host para el crecimiento de los nanocables orgánicos. Además, óxidos inorgánicos tales como alúmina tienen una alta energía de superficie, facilitando así la difusión uniforme de la solución orgánica (baja energía superficial) en la superficie de alúmina ^13. Además, nuestro objetivo es hacer crecer estas matrices de nanohilos directamente sobre un conductor y / o sustrato transparente. Como resultado, el poro se cierra en el extremo inferior, que necesita consideración adicional como se describe a continuación. El crecimiento de nanocables dentro de una plantilla a través de poros y la posterior transferencia al sustrato deseado es a menudo indeseable debido a la mala calidad de interfaz y este método no es aún viable para nanocables de longitud corta (o plantillas delgadas) debido a la mala estabilidad mecánica de las plantillas delgadas .

materiales orgánicos π-conjugados se pueden clasificar ampliamente en dos categorías: (a) los polímeros conjugados de cadena larga y (b) de peso molecular pequeño orgánica s emiconductors. Muchos grupos han informado de síntesis de nanocables de polímero de cadena larga en los nanoporos cilíndricos de una plantilla de AAO en el pasado. Examen amplio sobre este tema está disponible en refs ^8,14. Sin embargo, la síntesis de nanocables de importancia comercial moleculares orgánicos pequeños (tales como rubreno, tris-8-hidroxiquinolina de aluminio (Alq _3), y PCBM) en AAO es extremadamente rara. Deposición física de vapor de rubreno y Alq ₃ dentro de los nanoporos de plantilla AAO ha informado de varios grupos ^4,15-17. Sin embargo, sólo una capa delgada (~ 30 nm) de los orgánicos se puede depositar dentro de los poros (~ 50 nm de diámetro) y el depósito prolongado tiende a bloquear la entrada del poro ^4,16,17. Llenado completo de poros se puede lograr en este método si el diámetro de poro es suficientemente grande (~ 200 nm) ^15. Por lo tanto, es importante encontrar un método alternativo que es aplicable para diámetros de poro en el rango de sub 100 nm.