Method Article

فوق العالي الكثافة صفيف من الانحياز عموديا الأسلاك المتناهية الصغر العضوية الصغيرة الجزيئية على ركائز التعسفي

DOI:

10.3791/50706

⸱

June 18th, 2013

 , 
1Electrical and Computer Engineering, University of Alberta

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نفيدكم طريقة بسيطة لافتعال مجموعة كثافة عالية جدا من أسلاك العضوية الصغيرة الجزيئي أمر عموديا. هذا الأسلوب يسمح لتوليف معقدة heterostructured هندستها أسلاك متناهية الصغر الهجين، التي يمكن زراعتها غير مكلفة على ركائز التعسفي. هذه الهياكل أن تكون لها تطبيقات محتملة في مجال الالكترونيات العضوية، والإلكترونيات البصرية والاستشعار الكيميائية، والخلايا الكهروضوئية والإلكترونيات المحورية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في السنوات الأخيرة ظهرت أشباه الموصلات العضوية π مترافق كمادة نشطة في عدد من التطبيقات المتنوعة بما في ذلك مساحة واسعة، ويعرض منخفضة التكلفة، والخلايا الكهروضوئية، والالكترونيات للطباعة ومرنة والصمامات تدور العضوية. العضوية تسمح (أ) منخفضة التكلفة، ومعالجة درجات الحرارة المنخفضة و (ب) تصميم على المستوى الجزيئي لخصائص النقل الإلكتروني، والبصرية وزيادة ونقصان. هذه الميزات قد لا تكون متاحة بسهولة لتعميم أشباه الموصلات غير العضوية، والتي مكنت العضوية لنحت مكانة في سوق الالكترونيات التي يهيمن عليها السيليكون. وقد ركز الجيل الأول من الأجهزة المستندة إلى العضوية في هندستها رقيقة، ونمت من قبل المادية ترسيب البخار أو معالجة حل. ومع ذلك، فقد أدرك العلماء أن النانو العضوية يمكن أن تستخدم لتعزيز أداء التطبيقات المذكورة أعلاه، وقد تم استثمار جهد كبير في استكشاف أساليب لتصنيع البنية النانوية العضوية. ر "> وهناك فئة للاهتمام بوجه خاص من النانو العضوية هي واحدة التي يتم تنظيم أسلاك العضوية الموجهة عموديا، نانواعواد أو الأنابيب النانوية في مكان جيد منظم، مجموعة عالية الكثافة. هذه الهياكل وتنوعا للغاية وتكون أبنية الصرفية مثالية لتطبيقات مختلفة مثل وأجهزة الاستشعار الكيميائية، nanoantennas انقسام ثنائي القطب، الأجهزة الضوئية مع heterostructured شعاعيا "الأساسية قذيفة" أسلاك، وأجهزة الذاكرة مع الهندسة عبر نقطة. يتحقق عموما مثل الهندسة المعمارية باتباع نهج قالب الموجه. في الماضي وقد كان هذا الأسلوب تستخدم لزراعة المعدنية وغير العضوية صفائف أسلاك متناهية الصغر أشباه الموصلات. قد نمت في الآونة الأخيرة π مترافق أسلاك البوليمر داخل قوالب نانوية مسامية. ومع ذلك، فقد كان لهذه المناهج نجاحا محدودا في أسلاك متزايد من π مترافق صغيرة العضوية الهامة من الناحية التكنولوجية الوزن الجزيئي، مثل تريس 8 hydroxyquinoline الألومنيوم (ALQ 3)، rubrene وميثanofullerenes، والتي تستخدم عادة في مختلف المجالات بما في ذلك يعرض العضوية، والخلايا الكهروضوئية، والترانزستورات رقيقة والإلكترونيات المحورية.

مؤخرا كنا قادرين على معالجة هذه المسألة المذكورة أعلاه من خلال توظيف رواية "الطرد المركزي بمساعدة" النهج. ولذا فإن هذا الأسلوب يوسع طيف من المواد العضوية التي يمكن منقوشة في مجموعة أسلاك متناهية الصغر أمر عموديا. ونظرا لأهمية التكنولوجية من ALQ 3، rubrene وmethanofullerenes، لدينا وسيلة يمكن استخدامها لاستكشاف كيف يمكن للnanostructuring من هذه المواد يؤثر على أداء الأجهزة العضوية المذكورة آنفا. والغرض من هذه المقالة هو لوصف التفاصيل الفنية للبروتوكول المذكور أعلاه، وإظهار كيف يمكن أن تمتد هذه العملية لتنمو أسلاك العضوية الصغيرة الجزيئية على ركائز التعسفي وأخيرا، لمناقشة الخطوات الحاسمة، والقيود، التعديلات الممكنة، مشكلة اطلاق النار والمستقبلية التطبيقات.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

استخدمت طريقة بمساعدة قالب عادة لتصنيع صفائف أسلاك متناهية الصغر الموجهة عموديا 1-3. هذا الأسلوب يسمح تلفيق مباشرة من هندستها معقدة أسلاك متناهية الصغر مثل محوريا 4-6 أو شعاعيا 7 heterostructured أسلاك متناهية الصغر superlattice، التي غالبا ما تكون مرغوبة في مختلف التطبيقات الإلكترونية والبصرية. وبالإضافة إلى ذلك، وهذا هو ذات التكلفة المنخفضة، طريقة nanosynthesis من أسفل إلى أعلى مع إنتاجية عالية وبراعة. ونتيجة لذلك، اكتسبت أساليب موجهة قالب شعبية هائلة بين الباحثين في جميع أنحاء العالم 2،3.

الفكرة الأساسية من "طريقة قالب الموجه" هو كما يلي. الأولى هي ملفقة قالب، والذي يحتوي على مجموعة من ثقوب النانو أسطواني موجه عموديا. المقبل، وتودع المواد المطلوب داخل ثقوب النانو حتى تمتلئ المسام. ونتيجة لذلك المواد المطلوبة تعتمد على التشكل المسام وتشكل مجموعة أسلاك متناهية الصغر استضافت داخل رemplate. وأخيرا، اعتمادا على التطبيق الهدف، قد يتم إزالة قالب المضيف. ومع ذلك، وهذا يدمر أيضا ترتيب عمودي. الهندسة وأبعاد النانو النهائي تحاكي التشكل المسام، وبالتالي تركيب القالب المضيف هو جزء هام من عملية التصنيع.

وقد تم الإبلاغ عن أنواع مختلفة من القوالب نانوية مسامية في الأدب 8. تشمل القوالب الأكثر استخداما (أ) البوليمر المسار المحفور الأغشية، (ب) بوليمرات كتلة و (ج) انوديك أكسيد الألومنيوم (AAO) قوالب. لإنشاء البوليمر المسار الأغشية محفورا يتم المشع احباط البوليمر مع أيونات ذات الطاقة العالية، التي تخترق تماما احباط وترك المسارات أيون الكامنة داخل احباط السائبة 9. ثم حفرت المسارات انتقائي لإنشاء قنوات nanosized داخل احباط البوليمر 9. القنوات nanosized يمكن من توسيع بواسطة خطوة النقش مناسبة. المشاكل الرئيسية مع هذه الطريقة هي عدم تماثله من الnanochannels الإلكترونية، عدم وجود رقابة من الدولة، المسافة النسبية غير موحدة بين القنوات، ومنخفض الكثافة (عدد من القنوات في وحدة المساحة ~ 10 8 / سم 2)، وأمر سيئ بنية مسامية 1. في طريقة كوبوليمر كتلة يتم إنشاء قالب نانوية مسامية أسطواني مماثلة الأولى، تليها نمو المواد المطلوب داخل المسام 8.

في الماضي، وقد استخدمت أساليب (أ) و (ب) المذكورة أعلاه إلى افتعال أسلاك البوليمر 8. ومع ذلك، قد لا تكون هذه الطرق مناسبة لتجميع أسلاك من أي المواد العضوية التعسفي بسبب غياب إمكانيات الحفر انتقائية خلال خطوات مرحلة ما بعد المعالجة. مرحلة ما بعد المعالجة عادة ما ينطوي على إزالة القالب المضيفة، والتي لقوالب المذكورة أعلاه تتطلب المذيبات العضوية. قد يكون مثل المذيبات تأثير ضار على الخصائص الهيكلية والمادية للأسلاك العضوية. ومع ذلك، هذه القوالب تعمل كما هو المثاليSTS لأسلاك معدنية مثل الكوبالت 10، والنيكل، والنحاس ومتعددة الطبقات المعدنية 11، التي لا تزال تتأثر في عملية الحفر التي تزيل المضيف البوليمر. ومن التحديات المحتملة لأساليب المذكورة أعلاه هو الاستقرار الحراري الفقراء من المصفوفة المضيف عند ارتفاع درجات الحرارة. وغالبا ما يتطلب ارتفاع في درجة الحرارة الصلب لتحسين كريستالينيتي أسلاك العضوية، مما يدل على ضرورة الاستقرار الحراري الجيد للمصفوفة المضيف.

تسيطر عليها الكهروكيميائية أكسدة الألومنيوم (المعروف أيضا باسم "طلى بأكسيد الألومنيوم" من الألومنيوم) هو عملية صناعية معروفة ويستخدم عادة في السيارات، وتجهيزات المطابخ، والفضاء وغيرها من الصناعات لحماية سطح الألومنيوم من التآكل 12. طبيعة الألمنيوم المؤكسد (أو "الألومينا انوديك") يعتمد بشكل حاسم على الرقم الهيدروجيني للالمنحل بالكهرباء تستخدم لطلى بأكسيد الألومنيوم. لتطبيقات مقاومة للتآكل، ويتم تنفيذ طلى بأكسيد الألومنيوم عموما مع التحالف الإنجيليالأحماض ك (درجة الحموضة ~ 5-7)، التي تخلق المدمجة، وغير قابلة للاختراق، "حاجز من نوع" فيلم الألومينا 12. ومع ذلك، إذا المنحل بالكهرباء هو الحمضية بقوة (درجة الحموضة <4)، يصبح أكسيد "التي يسهل اختراقها" بسبب انحلال المحلية من أكسيد قبل H + الأيونات. الحقل الكهربائي المحلية في جميع أنحاء أكسيد يحدد تركيز المحلية من أيونات H + وبالتالي السطح قبل قبل الزخرفة لطلى بأكسيد الألومنيوم يوفر بعض السيطرة على بنية مسامية النهائي. المسام هي أسطواني، مع القطر الصغير (~ 10-200 نانومتر)، وبالتالي تم استخدام مثل هذه الأفلام الألومينا انوديك نانوية مسامية على نطاق واسع في السنوات الأخيرة لتوليف أسلاك من مواد مختلفة 2،3.

قوالب الألومينا انوديك نانوية مسامية نقدم أفضل الاستقرار الحراري، وكثافة المسام عالية، والنظام المسام بعيدة المدى، وtunability ممتازة من قطر المسام، وطول، والفصل بين المسام وكثافة المسام عن طريق الاختيار الحكيم للمعلمات طلى بأكسيد الألومنيوم مثل الرقم الهيدروجيني للالمنحل بالكهرباء وطلى بأكسيد الألومنيوم فولتالعمر 2،3. ونظرا لهذه الأسباب نختار قوالب AAO كما المصفوفة المضيف لنمو أسلاك متناهية الصغر العضوية. علاوة على ذلك، الأكاسيد غير العضوية مثل الألومينا ديك طاقة عالية السطح، مما يسهل انتشار موحد من الحل العضوية (الطاقة سطح منخفض) على سطح الألومينا 13. وبالإضافة إلى ذلك، وهدفنا هو أن تنمو هذه المصفوفات أسلاك متناهية الصغر مباشرة على موصل و / أو الركيزة شفافة. ونتيجة لذلك، يتم إغلاق المسام في نهاية القاع، والتي تحتاج إلى دراسة إضافية كما وصفنا أدناه. نمو الأسلاك النانوية داخل قالب من خلال المسام ونقل لاحقا إلى الركيزة المطلوب في كثير من الأحيان غير مرغوب فيه بسبب سوء اجهة نوعية وهذه الطريقة ليست مجدية حتى للأسلاك طول قصير (أو قوالب رقيقة) بسبب ضعف الاستقرار الميكانيكي للقوالب رقيقة .

المواد العضوية π مترافق يمكن تصنيفها إلى فئتين: (أ) البوليمرات مترافق سلسلة طويلة و (ب) الوزن الجزيئي صغير العضوية ليالي emiconductors. وأفادت العديد من المجموعات توليف طويلة أسلاك البوليمر سلسلة داخل ثقوب النانو أسطواني من قالب AAO في الماضي. استعراض شامل حول هذا الموضوع متاح في الحكام 8،14. ومع ذلك، والتوليف من أسلاك صغيرة من المواد العضوية ذات الأهمية التجارية الجزيئية (مثل rubrene، تريس-8-hydroxyquinoline الألومنيوم (ALQ 3)، وPCBM) في AAO أمر نادر للغاية. تم الإبلاغ عن بخار البدنية ترسب rubrene وALQ 3 داخل ثقوب النانو من قالب AAO من قبل عدة مجموعات 4،15-17. ومع ذلك، يمكن أن تودع فقط طبقة رقيقة (~ 30 نانومتر) من المواد العضوية داخل المسام (~ 50 قطرها نانومتر) وترسب لفترات طويلة يميل لمنع دخول المسام 4،16،17. لا يمكن أن يتحقق كاملة ملء المسام في هذه الطريقة إذا كان قطر المسام كبيرة بما فيه الكفاية (~ 200 نانومتر) 15. وبالتالي فإنه من المهم أن تجد طريقة بديلة أن ينطبق على أقطار المسام في مجموعة فرعية 100 نانومتر.

"> وثمة نهج آخر الذي تم استخدامه لبعض المواد العضوية الصغيرة الجزيئية الآخر هو ما يسمى ب" التبول قالب أسلوب "8،14. ومع ذلك، في معظم التقارير القوالب التجارية سميكة (~ 50 ميكرون) مع كل من الجانب المسام مفتوحة وكبيرة قطرها (~ 200 نانومتر) وقد استخدمت. هذه الطريقة لم تنتج أسلاك في جانب واحد إغلاق المسامات كما ذكر من قبل، يفترض أن يعود إلى وجود جيوب الهواء المحبوس داخل المسامات، مما يمنع تسلل من الحل داخل المسام. لدينا ذكرت سابقا أسلوب الرواية التي يتغلب على هذه التحديات ويتيح نمو الجزيئية صفائف أسلاك متناهية الصغر العضوية الصغيرة ذات أبعاد التعسفية على أي ركيزة المطلوب. وفي ما يلي، فإننا سوف تصف بروتوكول مفصلة، ​​أوجه القصور المحتملة والتعديلات في المستقبل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كما ذكر أعلاه، واثنين من الخطوات الرئيسية في عملية التصنيع القائم على AAO هي: (أ) تجميع للقالب AAO فارغة على التعسفي (موصل في المقام الأول و / أو شفافة) ركائز (وصف تخطيطي في الشكل رقم 1) و (ب) نمو الصغيرة أسلاك الجزيئية العضوية داخل ثقوب النانو من القالب AAO (الشكل 2). في هذا القسم ونحن نقدم وصفا مفصلا لهذه العمليات.

1. نمو أكسيد الألومنيوم بأكسيد الألومنيوم (AAO) قوالب على ركائز الألومنيوم موصل

  1. إنشاء قوالب الألومينا نانوية مسامية من قبل أول رقائق الألمنيوم تلميع ومن ثم أنودة (أو المؤكسدة electrochemically) لهم. تبدأ عن طريق الاستغناء عن ورقة صغيرة (~ 2 × 2 سم 2) من الألمنيوم عالية النقاء غير المصقول (99.997٪) مع سمك 250 ميكرون.
  2. بدلا من بالكهرباء، يتم استخدام عملية أبسط تلميع الكيميائية 18. يغرق عددا صغيرا من 2 × 2 سم 2 ورقة في النتريكحمض الفوسفوريك ضوئي في 80 ° C على موقد لمدة 5 دقائق.

ملاحظة: محلول حمض النتريك الفوسفوريك يستخدم لعلاج مسبقا رقائق الالومنيوم هو 15 أجزاء حامض النيتريك 68٪ و 85 أجزاء حامض الفوسفوريك 85٪. خطوة تلميع ضروري قبل طلى بأكسيد الألومنيوم بسبب خشونة السطح من الألومنيوم AS-شراؤها هي من أجل من بضعة ميكرونات، مما يخلق الحقل الكهربائي غير موحدة على السطح ويمنع تشكيل مجموعة المسام أمر. في الأدب، وقد استخدم على نطاق واسع بالكهرباء لهذا الغرض 2،3. ومع ذلك، وتلميع الكيميائية هو بديل رخيص وسهل، والتي ينتج أيضا السطوح المصقولة مع مقارنة (أو أفضل) نعومة 18.

  1. بعد الحفر، تحييد رقائق في 1 M هيدروكسيد الصوديوم لمدة 20 دقيقة. هذه رقائق "مصقول كيميائيا" هي الآن على استعداد ليكون بأكسيد.
  2. تحميل ورقة الألومنيوم المصقول في لخلايا مسطحة وأنودة لهم لمدة 15 دقيقة مع 3٪ oxalحمض IC في 40 V DC التحيز.

ملاحظة: للحصول على عينات احباط يتم تنفيذ عملية طلى بأكسيد الألومنيوم من خطوتين لتحسين المسام يأمر 2،3،19. وهذه الخطوة الأولى إنشاء طبقة أكسيد مسامية على سطح القاعدة والدمامل نانو النطاق في واجهة الألومنيوم / الألومينا، والتي تكون بمثابة مواقع الشروع للنمو خلال المسام الخطوة الثانية من طلى بأكسيد الألومنيوم.

  1. حفر العينة في حامض الكروم-الفوسفوريك عن طريق إزالته من خلية مسطحة. تزج العينة في كوب من ضوئي على طبق ساخن عند 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة ~ لإزالة طبقة أكسيد الأولي.
  2. كرر العملية طلى بأكسيد الألومنيوم (الخطوة 1.4) لمدة 2.5 دقيقة مع الحفاظ على جميع المعلمات الأخرى دون تغيير. حاول أن يعيد تنظيم احباط في الخلية شقة بحيث نفس المنطقة بأكسيد في الخطوة (1.4) مرة أخرى سوف تكون عرضة لالمنحل بالكهرباء.

ملاحظة: المرة من الخطوة طلى بأكسيد الألومنيوم النهائية يحدد سمك النهائيويمكن تغيير طبقة أكسيد وفقا لذلك. مدة 2.5 دقيقة. يتوافق مع سماكة الفيلم (طول المسام) من ~ 500 نانومتر. في نهاية الخطوة الثانية يتم إنشاء مجموعة ثقب النانو امر جيد في طبقة الألومينا انوديك. ويمكن تكرار طلى بأكسيد الألومنيوم ودورة الحفر لزيادة تحسين ترتيب المسام.

  1. يغرق القالب في حامض الفوسفوريك 5٪ في درجة حرارة الغرفة لمدة 40 دقيقة لرقيقة طبقة الحاجز في الجزء السفلي من ثقوب النانو وتوسيع قطرها ثقب النانو. قطر ثقب النانو النهائي بعد هذه الخطوة هو ~ 60-70 نانومتر.

2. نمو قوالب AAO على ركائز شفاف (زجاج)

  1. إيداع نظام متعدد الطبقات التالية بالتتابع على الشرائح الزجاجية تنظيفها: تيو 2 (20 نانومتر، وترسب طبقة الذرية) والاتحاد الافريقي (7 نانومتر، الاخرق)، ص (1 ميكرومتر، الاخرق).

ملاحظة: طبقة الاتحاد الافريقي بمثابة القطب، اللازمة لطلى بأكسيد الألومنيوم، وعدم تدهور الشفافية 20 </ سوب>. وتيو 2 بمثابة طبقة شفافة التصاق بين الاتحاد الأفريقي والزجاج الركيزة.

  1. إرفاق القطب احباط لسطح طبقة رقيقة من الألومنيوم لتكون بأكسيد باستخدام الايبوكسي الفضة موصل. وهذا سيؤدي في اتصال المناسبة من مصدر للطاقة لعينة مع تحسين التوزيع الحالي.

ملاحظة: نظرا لعدم والألومنيوم القليل جدا أودعت على الركيزة الزجاج، وتلميع التقنيات المذكورة ليست قابلة للحياة قبل لشد سطح الألومنيوم. بدلا من ذلك، هذا البروتوكول بتعديل الإجراء طلى بأكسيد الألومنيوم لدمج خطوة طلى بأكسيد الألومنيوم / النقش آخر.

  1. تحميل العينة إلى الخلية في شقة وأنودة الفيلم رقيقة من الألومنيوم لمدة 4 دقائق باستخدام حمض الأكساليك 3٪ في 30 V DC التحيز.
  2. دون إزالة عينة من الخلية شقة، وشطف خارج الخلية مع الماء DI وحفر القالب في حامض الكروم-الفوسفوريك عند 60 درجة مئوية لمدة 1 ساعة عن طريق سكب الساخنة ضوئي طن إلى الخلية.

ملاحظة: إن درجة حرارة ضوئي تبدأ على الفور في خفض مرة واحدة وقد تم سكب عليه في إلى الخلية. لذلك، يتم زيادة مدة الحفر إلى 1 ساعة و 30 دقيقة من لعينات احباط لضمان إزالة جميع فيلم أكسدة.

  1. شطف خارج الخلية مرة أخرى وأنودة للمرة الثانية تحت نفس الظروف كأول؛ لمدة 4 دقائق، وذلك باستخدام حمض الأكساليك 3٪ في 30 V DC التحيز.
  2. كرر الخطوة (2.4). دون إزالة عينة من الخلية شقة، وشطف خارج الخلية مع الماء DI وحفر القالب في حامض الكروم-الفوسفوريك عند 60 درجة مئوية لمدة 1 ساعة بصب ضوئي الساخنة في إلى الخلية.
  3. شطف الخلية للمرة النهائية وإجراء ثالث (والأخيرة) خطوة طلى بأكسيد الألومنيوم، وذلك باستخدام حمض الأكساليك 3٪ في 30 V DC. رصد الحالي للنظام لتحديد متى تتوقف.

ملاحظة: الاحتياجات الحالية التي يتعين رصدها خلال المباراة النهائية لodization. بعد أول بضع ثوان، تستقر حاليا في حوالي 1-2 مللي أمبير. هذا يشير طلى بأكسيد الألومنيوم موحدة يتم أخذ مكان. مرة واحدة قد استهلك عملية طلى بأكسيد الألومنيوم الألومنيوم المتبقية، فإن الحل بالكهرباء (حمض الأكساليك 3٪) تأتي في اتصال مع طبقة الذهب الكامنة، والذي يؤدي إلى زيادة حادة في طلى بأكسيد الألومنيوم الحالية (الشكل 3). عند هذه النقطة، يتم إيقاف طلى بأكسيد الألومنيوم. الوقت يجب أن تكون تقريبا في جميع أنحاء يوجد علامة 4. ولم يلاحظ هذا الارتفاع في الحالية في عينات احباط (الشكل 3) لأن طبقة حاجز يفصل موحدة الحل والركيزة المعدنية.

  1. أداء خطوة اتساع المسام، على غرار بروتوكول عينة احباط من قبل غمر القالب في حامض الفوسفوريك 5٪ في درجة حرارة الغرفة لمدة 40 دقيقة.

ملاحظة: هذا سوف توسيع المسام ولكن منذ عملية طلى بأكسيد الألومنيوم قد أكل من خلال طبقة الحاجز هناك لا شيء من اليسار إلى رقيقة فايجوري 4 يبين هيكل الطبقات من الزجاج الركيزة / 20 نانومتر تيو 2/7 نانومتر الاتحاد الافريقي / 500 نانومتر مسامية آل 2 O 3 مع عدم وجود طبقة الحاجز والمسام يتعرض بوضوح إلى الكامنة وراء فيلم الاتحاد الافريقي رقيقة. الشكل 5A و 5B يظهر AAO فارغة قوالب على احباط وركائز الزجاج على التوالي.

3. أجهزة الطرد المركزي النمو بمساعدة من أسلاك عضوية جزيئية صغيرة داخل مسام قالب AAO

  1. تحضير محلول مشبع من عضوية جزيئية صغيرة في مذيب مناسب.

ملاحظة: تم استخدام الجزيئات العضوية والمذيبات التالية: rubrene في الأسيتون، ALQ 3 في الكلوروفورم وPCBM في التولوين. من هنا على ما يشار إليها باسم PCBM جزيء من الفائدة.

  1. تحميل القوالب في في الجزء السفلي من أنبوب اختبار أجهزة الطرد المركزي ان هذه المنطقة بأكسيد يواجه الجزء العلوي من أنبوب الاختبار. يجب أن يكون الأنبوب ه كبيرةnough لتناسب عينة داخل.

ملاحظة: للحصول على عينات احباط، فمن المفيد استخدام رقاقة من حجم مماثل لدعم واحباط ومنع الانحناء أثناء الطرد المركزي كما هو موضح أدناه يبين الشكل 2 وصفا التخطيطي لكيفية تركيبه العينة في جهاز الطرد المركزي.

  1. استخدام ماصة لملء أنبوب اختبار مع ما يكفي من حل PCBM مثل أن القالب مغمورة تماما.
  2. تحميل أنبوب اختبار في أجهزة الطرد المركزي وتشغيل لمدة 5 دقائق عند 6،000 دورة في الدقيقة.

ملاحظة: إذا تم تركيبه العينات في أنبوب اختبار في زاوية، وضمان تم تركيب أنبوب اختبار في مثل هذه الطريقة أن سطح بأكسيد يشير نحو مركز أجهزة الطرد المركزي (الشكل 2).

  1. مرة واحدة وقد توقف أجهزة الطرد المركزي، تفريغ أنابيب الاختبار واسكب حل PCBM من الأنابيب.
  2. إزالة القوالب من أنابيب الاختبار، أو Lفقس منهم في الجزء السفلي، ل~ 1 دقيقة حتى يجف.
  3. كرر الخطوات من 3،2-3،6 ذلك أن ما مجموعه 5-10 أشواط الطرد المركزي قد أجريت.

ملاحظة: في الحالات التي يكون فيها هناك ذوبان منخفضة من جزيء صغير في المذيبات، والمزيد من أجهزة الطرد المركزي أشواط مساعدة إيداع المزيد من المواد في ثقوب النانو.

  1. إزالة عينة من الجزء السفلي من أنبوب اختبار واستخدام مسحة القطن غارقة في التولوين (أو منها المذيبات) لتنظيف بلطف على سطح القالب، وإزالة أي المواد التي خلفها على سطح القالب.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كما يتضح من الأرقام الواردة أدناه (الشكلان 5 و 6)، وهذا الطرد المركزي بمساعدة طريقة الصب قطرة تنتج أسلاك المستمر. يتم محاذاة أسلاك، ملفقة داخل المسام من القالب AAO، عموديا، وموحدة، ومعزولة كهربائيا عن بعضها البعض مع قيعان توج. يتم تحديد القطر من أسلاك من قطر المسام في القالب. أنها يمكن أن تكون ملفقة بنجاح على عدة ركائز مختلفة، مما يؤدي إلى إمكانية تطبيق هذه الهياكل في العديد من الأجهزة المذكورة في وقت لاحق.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الصورة المادية لأسلاك متناهية الصغر النمو

من المهم أولا أن نفهم تماما طريقة نمو الأسلاك النانوية العضوية. بمجرد ان نعرف بالضبط كيف أنها تنمو وتشكل نفسها في المسام يمكننا استخدام هذا الأسلوب ترسب إلى مهندس النانو والأجهزة والمواد. في الماضي، تم ملفقة أسلاك البوليمر باستخدام الإجراء ترطيب قالب دون مساعدة من أجهزة الطرد المركزي، ولكن بالنسبة لبعض المواد مثل جزيئات صغيرة العضوية، وجدنا هذا أن تكون غير فعالة. بسبب الكيمي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم هذا العمل بدعم مالي من NSERC، CSEE، nanoBridge وTRLabs.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article Name Company Catalog Number Comments أدوات

Recodes< / strong>
TolueneFisher ScientificT324-4
68٪ حمض النيتريكفيشر ScientificA200-212
85٪ حمض الفوسفوريكفيشر ScientificA242-4
10٪ حمض الكروميكشركة RICCA للكيماويات2077-32
10٪ حمض الأكساليكألفا إيسارFW.90.04
كلوروفورمفيشر ScientificC607-4
صفائح الألمنيومAlfa Aesar7429-90-5
PCBMNano-CNano-CPCBM-BF
Alq3Sigma Aldrich444561-5G
RubreneSigma Aldrich551112-1G
Equipment
FlexAL ترسيب الطبقة الذرية (ALD)أكسفوردلترسيب نظام الرش TiO2
PVDKurt J. Leskerلترسيب Au & amp Al
Flat CellPrinceton Applied ResearchK0235لأكسيد أجهزة
الطرد المركزيHERMLE LabnetZ206 Aلترسيب الأسلاك النانوية العضوية

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Martin, C. R. Nanomaterials: a membrane-based synthetic approach. Science. , (1994).
  2. Pramanik, S., Kanchibotla, B., Sarkar, S., Tepper, G., Bandyopadhyay, S. Electrochemical Self-Assembly of Nanostructures: Fabrication and Device Applications. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. 13, 273-332 (2011).
  3. Kanchibotla, B., Pramanik, S., Bandyopadhyay, S. Self-assembly of nanostructures using nanoporous alumina template. Nano and Molecular Electronics Handbook. Chapter 9, (2007).
  4. Pramanik, S., Stefanita, C. -G., et al. Observation of extremely long spin relaxation times in an organic nanowire spin valve. Nat. Nano. 2 (4), 216-219 (2007).
  5. Alam, K. M., Bodepudi, S. C., Starko-Bowes, R., Pramanik, S. Suppression of spin relaxation in rubrene nanowire spin valves. Applied Physics Letters. 101 (19), 192403(2012).
  6. Alam, K. M., Singh, A. P., Starko-Bowes, R., Bodepudi, S. C., Pramanik, S. Template-Assisted Synthesis of π-Conjugated Molecular Organic Nanowires in the Sub-100 nm Regime and Device Implications. Advanced Functional Materials. 22 (15), 3298-3306 (2012).
  7. Zhang, D., Luo, L., Liao, Q., Wang, H., Fu, H., Yao, J. Polypyrrole/ZnS Core/Shell Coaxial Nanowires Prepared by Anodic Aluminum Oxide Template Methods. The Journal of Physical Chemistry C. 115 (5), 2360-2365 (2011).
  8. Kim, F. S., Ren, G., Jenekhe, S. A. One-Dimensional Nanostructures of π-Conjugated Molecular Systems: Assembly, Properties, and Applications from Photovoltaics, Sensors, and Nanophotonics to Nanoelectronics. Chem. Mater. 23 (3), 682-732 (2010).
  9. Brock, T. D. Membrane filtration: a user's guide and reference manual. , Science Tech. (1983).
  10. Valizadeh, S., George, J., Leisner, P., Hultman, L. Electrochemical deposition of Co nanowire arrays; quantitative consideration of concentration profiles. Electrochimica Acta. 47 (6), 865-874 (2001).
  11. Nasirpouri, F., Southern, P., Ghorbani, M., Iraji zad, A., Schwarzacher, W. GMR in multilayered nanowires electrodeposited in track-etched polyester and polycarbonate membranes. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 308 (1), 35-39 (2007).
  12. Diggle, J. W., Downie, T. C., Goulding, C. W. Anodic oxide films on aluminum. Chemical Reviews. 69 (3), 365-405 (1969).
  13. Steinhart, M., Wehrspohn, R. B., Gösele, U., Wendorff, J. H. Nanotubes by Template Wetting: A Modular Assembly System. Angewandte Chemie International Edition. 43 (11), 1334-1344 (2004).
  14. Al-Kaysi, R. O., Ghaddar, T. H., Guirado, G. Fabrication of One-Dimensional Organic Nanostructures Using Anodic Aluminum Oxide Templates. Journal of Nanomaterials. 2009, 1-14 (2009).
  15. Lee, J. W., Kim, K., et al. Light-Emitting Rubrene Nanowire Arrays: A Comparison with Rubrene Single Crystals. Advanced Functional Materials. 19 (5), 704-710 (2009).
  16. Pramanik, S., Bandyopadhyay, S., Garre, K., Cahay, M. Normal and inverse spin-valve effect in organic semiconductor nanowires and the background monotonic magnetoresistance. Physical Review B. 74 (23), 235329(2006).
  17. Alam, K. M., Pramanik, S. High-field magnetoresistance in nanowire organic spin valves. Physical Review B. 83 (24), 245206(2011).
  18. Alam, K. M., Singh, A. P., Bodepudi, S. C., Pramanik, S. Fabrication of hexagonally ordered nanopores in anodic alumina: An alternative pretreatment. Surface Science. 605 (3-4), 441-449 (2011).
  19. Masuda, H., Hasegwa, F., Ono, S. Self-Ordering of Cell Arrangement of Anodic Porous Alumina Formed in Sulfuric Acid Solution. Journal of The Electrochemical Society. 144 (5), L127-L130 (1997).
  20. Stec, H. M., Williams, R. J., Jones, T. S., Hatton, R. A. Ultrathin Transparent Au Electrodes for Organic Photovoltaics Fabricated Using a Mixed Mono-Molecular Nucleation Layer. Advanced Functional Materials. 21 (9), 1709-1716 (2011).
  21. Schettino, V., Pagliai, M., Ciabini, L., Cardini, G. The Vibrational Spectrum of Fullerene C60. J. Phys. Chem. A. 105, 11192-11196 (2001).
  22. Lee, Y., Lee, S., Kim, K., Lee, J., Han, K., Kim, J., Joo, J. Single nanoparticle of organic p-type and n-type hybrid materials: nanoscale phase separation and photovoltaic effect. J. Mater. Chem. 22, 2485-2490 (2012).
  23. Bodepudi, S. C., Bachman, D., Pramanik, S. Fabrication of Highly Ordered Cylindrical Nanopores with Modulated Diameter Using Anodic Alumina. 2011 International Conference on Nanoscience, Technology and Societal Implications (NSTSI), , 1-4 (2011).
  24. Vlad, A., Melinte, S., Mátéfi-Tempfli, M., Piraux, L., Mátéfi-Tempfli, S. Vertical Nanowire Architectures: Statistical Processing of Porous Templates Towards Discrete Nanochannel Integration. Small. 6 (18), 1974-1980 (2010).
  25. Jo, S. H., Kim, K. -H., Lu, W. High-Density Crossbar Arrays Based on a Si Memristive System. Nano Letters. 9 (2), 870-874 (2009).
  26. Haberkorn, N., Gutmann, J. S., Theato, P. Template-Assisted Fabrication of Free-Standing Nanorod Arrays of a Hole-Conducting Cross-Linked Triphenylamine Derivative: Toward Ordered Bulk-Heterojunction Solar Cells. ACS Nano. 3 (6), 1415-1422 (2009).
  27. Aryal, M., Buyukserin, F., et al. Imprinted large-scale high density polymer nanopillars for organic solar cells. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 26 (6), 2562(2008).
  28. Lee, J. H., Kim, D. W., et al. Enhanced solar-cell efficiency in bulk-heterojunction polymer systems obtained by nanoimprinting with commercially available AAO membrane filters. Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany). 5 (19), 2139-2143 (2009).
  29. Allen, J. E., Black, C. T. Improved Power Conversion Efficiency in Bulk Heterojunction Organic Solar Cells with Radial Electron Contacts. ACS Nano. 5 (10), 7986-7991 (2011).
  30. Slota, J. E., He, X., Huck, W. T. S. Controlling nanoscale morphology in polymer photovoltaic devices. Nano Today. 5 (3), 231-242 (2010).
  31. Chidichimo, G., Filippelli, L. Organic Solar Cells: Problems and Perspectives. International Journal of Photoenergy. 2010, 1-11 (2010).
  32. O'Carroll, D. M., Fakonas, J. S., Callahan, D. M., Schierhorn, M., Atwater, H. A. Metal-Polymer-Metal Split-Dipole Nanoantennas. Advanced Materials. 24 (23), (2012).
  33. Zheng, J. Y., Yan, Y., et al. Hydrogen Peroxide Vapor Sensing with Organic Core/Sheath Nanowire Optical Waveguides. Advanced Materials. 24 (35), (2012).
  34. Zhang, L., Meng, F., et al. A novel ammonia sensor based on high density, small diameter polypyrrole nanowire arrays. Sensors and Actuators B: Chemical. 142 (1), 204-209 (2009).
  35. Cui, Q. H., Jiang, L., Zhang, C., Zhao, Y. S., Hu, W., Yao, J. Coaxial Organic p-n Heterojunction Nanowire Arrays: One-Step Synthesis and Photoelectric Properties. Advanced Materials. 24 (17), 2332-2336 (2012).
  36. Duvail, J. L., Long, Y., Cuenot, S., Chen, Z., Gu, C. Tuning electrical properties of conjugated polymer nanowires with the diameter. Applied Physics Letters. 90, 102114(2007).
  37. Briseno, A. L., Mannsfeld, S. C. B., Jenekhe, S. A., Bao, Z., Xia, Y. Introducing organic nanowire transistors. Materials Today. 11 (4), 38-47 (2008).
  38. Kippelen, B., Brédas, J. -L. Organic photovoltaics. Energy & Environmental Science. 2 (3), 251-261 (2009).
  39. Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. Conjugated polymer-based organic solar cells. Chemical Reviews. 107 (4), 1324-1338 (2007).
  40. Coakley, K. M., McGehee, M. D. Conjugated Polymer Photovoltaic Cells. Chem. Mater. 16 (23), 4533-4542 (2004).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Vertically Aligned NanowiresOrganic Nanowire ArrayAnodic Aluminum OxideCentrifuge Assisted DepositionSmall Molecular OrganicsArbitrary SubstratesScanning Electron MicroscopyRaman SpectroscopyTemplate Wetting MethodPorous Template Fabrication

Related Articles