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Wie bereits erwähnt, sind die beiden wichtigsten Schritte in der AAO-basierte Herstellungsverfahren (a) Synthese des leeren AAO Vorlage auf beliebige (vor allem leitende und / oder transparent) Substrate (schematische Darstellung in Abbildung 1) und (b) das Wachstum von kleinen molekularen organischen Nanodrähte in den Nanoporen der AAO-Template (Abbildung 2). In diesem Abschnitt werden wir eine detaillierte Beschreibung dieser Prozesse.
1. Wachstum der anodischen Aluminiumoxid (AAO) Templates auf leitfähigen Aluminium Substrate
- Erstellen nanoporöser Aluminiumoxid Vorlagen ersten Polieren Aluminiumfolien und dann Eloxieren (oder elektrochemisch oxidiert) ihnen. Beginnen Sie mit dem Ausschneiden von kleinen (~ 2 x 2 cm 2) Blätter von hochreinem Aluminium unpoliert (99,997%) mit einer Dicke von 250 um.
- Anstelle Elektropolieren ist ein einfacher chemischen Poliervorgangs 18 verwendet. Tauchen Sie eine kleine Anzahl von 2 x 2 cm 2 Blatt in Salpeter-Phosphorsäure Ätzmittel bei 80 ° C auf einer Heizplatte für 5 min.
Hinweis: Die Salpeter-Phosphorsäure-Lösung zur Vorbehandlung des Aluminiumblechen 15 Teilen 68% Salpetersäure und 85 Teilen 85% iger Phosphorsäure. Ein Polierschritt erforderlich, weil vor dem Anodisieren Oberflächenrauhigkeit als gekaufte Aluminium in der Größenordnung von einigen Mikron, der eine nicht-gleichförmiges elektrisches Feld erzeugt an der Oberfläche und verhindert die Bildung einer geordneten Poren Array. In der Literatur hat Elektropolieren wurde ausgiebig für diesen Zweck 2,3 verwendet. Allerdings ist chemischen Polieren eine preiswerte und einfache Alternative, die auch liefert polierten Oberflächen mit vergleichbaren (oder besser) 18 Glätte.
- Nach dem Ätzen neutralisieren die Folien in 1 M Natriumhydroxid für 20 min. Diese "chemisch poliert" Folien sind nun bereit zu sein, eloxiert.
- Legen Sie die Blätter in poliertem Aluminium, flache Zellen und eloxieren sie für 15 min mit 3% oxalic Säure bei 40 V DC-Bias.
Hinweis: Für Folie Proben ein zweistufiges Anodisierung durchgeführt wird, um Poren Bestellung 2,3,19 verbessern. Dieser erste Schritt wird eine poröse Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche und Nano-Grübchen an der Aluminium / Aluminiumoxid-Schnittstelle, die als die Initiationsstellen für Porenwachstum wirken beim zweiten Schritt der Anodisierung.
- Etch die Probe in Chrom-Phosphorsäure, indem es aus der flachen Zelle. Tauchen der Probe in ein Becherglas mit dem Ätzmittel auf einer heißen Platte bei 60 ° C für ca. 30 min, um die anfängliche Oxidschicht zu entfernen.
- Wiederholen Sie den Anodisierungsprozess (Schritt 1.4) für 2,5 min, während alle anderen Parameter unverändert. Versuchen, um die Folie im flachen Zelle, so dass die gleiche Fläche eloxiert in Stufe (1.4) wird wieder dem Elektrolyten ausgesetzt werden, auszurichten.
Hinweis: Der Zeitpunkt der endgültigen Anodisierungsschritt bestimmt die Dicke des endgültigenOxidschicht und können entsprechend geändert werden. Dauer von 2,5 min. entspricht einer Schichtdicke (Porenlänge) von ~ 500 nm. Am Ende des zweiten Schrittes ein geordnetes Array Nanopore in der anodischen Aluminiumoxidschicht erstellt. Die Anodisierung und Ätzen Zyklus kann wiederholt werden, um weiter zu verbessern Pore Bestellung angegeben werden.
- Tauchen der Vorlage in 5%-iger Phosphorsäure bei Raumtemperatur für 40 min, um die Sperrschicht an der Unterseite der Nanoporen verdünnen und Erweitern der Nanopore Durchmesser. Finale nanopore Durchmesser nach diesem Schritt ist ~ 60-70 nm.
2. Das Wachstum der AAO Vorlagen auf transparenten Substraten (Glas)
- Zahlen Sie die folgende Viellagensystem nacheinander auf gereinigten Glasplatten: TiO2 (20 nm, Atomic Layer Deposition), Au (7 nm, Sputtern), Al (1 um, Sputtern).
Hinweis: Die Au-Schicht als Elektrode, für die Anodisierung erforderlich, und keine Verschlechterung der Transparenz 20 </ Sup>. Die TiO 2 als transparente Haftschicht zwischen der Au und Glassubstrat.
- Befestigen einer Folie Elektrode an der Oberfläche des dünnen Films aus Aluminium eloxiert werden unter Verwendung eines leitfähigen Epoxy-Silber. Dadurch wird eine einwandfreie Verbindung von der Stromquelle zum Beispiel führen bei gleichzeitiger Verbesserung der Stromverteilung.
Hinweis: Da es sehr wenig Aluminium, die auf dem Glassubstrat, Poliertechniken erwähnt nicht lebensfähig sind, um die Aluminium-Oberfläche zu glätten. Stattdessen ändert dieses Protokoll die Anodisierung Verfahren eine andere Eloxierung / Ätzschrittes integrieren.
- Legen Sie die Probe in der flachen Zelle und das Aluminium eloxieren Dünnschicht für 4 min mit 3% Oxalsäure bei 30 V DC-Bias.
- Ohne Entnahme der Probe aus dem flachen Zelle, spülen Sie die Zelle mit DI-Wasser und Ätzen der Vorlage in Chrom-Phosphorsäure bei 60 ° C für 1 h durch Eingießen der heißen Ätzmittel in in die Zelle.
Hinweis: Die Temperatur des Ätzmittel wird sofort beginnen zu sinken, sobald es wurde in die Zelle gegossen. Daher wird die Dauer der Ätzung bis 1 h 30 min für die Folienproben erhöht, um jegliche oxidierte Film entfernt wird.
- Spülen Sie die Zelle wieder und anodisieren ein zweites Mal unter den gleichen Bedingungen wie die erste, denn 4 min, mit 3% Oxalsäure bei 30 V DC-Bias.
- Wiederholen Sie Schritt (2.4). Ohne Entfernen der Probe von der flachen Küvette spült die Zelle mit DI-Wasser und Ätzen des Musters in Chromsäure-Phosphorsäure bei 60 ° C für 1 Stunde, indem die heißen Ätzmittel in der Zelle.
- Spülen Sie die Zelle aus zum letzten Mal und führt die dritte (und letzte) Anodisierungsschritt unter Verwendung von 3% Oxalsäure bei 30 V DC. Überwachen des Stroms des Systems zu bestimmen, wann zu stoppen.
Hinweis: Die aktuellen Bedürfnisse, die während der letzten ein überwacht werdenodization. Nach den ersten paar Sekunden, stabilisiert der Strom bei etwa 1-2 mA. Dies zeigt einheitliche Anodisierung stattfindet. Sobald die Anodisierungsprozess die verbleibende Aluminium verbraucht wurde, wird der Elektrolyt-Lösung (3% Oxalsäure) kommen, um mit dem zugrunde liegenden Goldschicht, die einen starken Anstieg in der Anodisierungsstrom (Abbildung 3) verursachen kontaktieren. An diesem Punkt wird die Anodisierung gestoppt. Es sollte ungefähr um die 4 min Marke. Dieser Anstieg der Strom nicht in Folienproben (Abbildung 3) beobachtet, da eine gleichmäßige Sperrschicht trennt die Lösung und das Metallsubstrat.
- Durchführen einer Porenaufweitungs Schritt, ähnlich der Folie Probenprotokoll durch Eintauchen der Schablone in 5%-iger Phosphorsäure bei Raumtemperatur für 40 min.
Hinweis:. Dadurch werden die Poren zu erweitern, aber da die Anodisierung durch die Sperrschicht gegessen hat es keine mehr zu verdünnen Figure 4 zeigt die Schichtstruktur des Glassubstrat / 20 nm TiO 2/7 nm Au / 500 nm porösen Al 2 O 3 mit dem Fehlen einer Sperrschicht und Poren deutlich auf die zugrunde liegenden Au Dünnschicht ausgesetzt. Abbildung 5a und 5b zeigt leere AAO Vorlagen auf Folie und Glas Substrate jeweils.
3. Zentrifuge Assisted Growth of Small Molecular Bio-Nanodrähte in den Poren von AAO Template
- Vorbereiten einer gesättigten Lösung der niedermolekulare organische in einem geeigneten Lösungsmittel.
Hinweis: Die folgenden organische Moleküle und Lösungsmittel wurden verwendet: Rubren in Aceton, Alq3 in Chloroform und PCBM in Toluol. Von hier an PCBM wird als das Molekül von Interesse bezeichnet.
- Legen Sie die Vorlagen in den Boden einer Zentrifuge Reagenzglas, so dass die eloxiert Bereich steht vor der Spitze der Reagenzglas. Das Rohr muss groß sein enough um die Probe hinein passen.
Hinweis: Für Folie Proben, ist es hilfreich, einen Wafer von ähnlicher Größe zu verwenden, um die Folie zu unterstützen und ein Verbiegen während der Zentrifugation wie unten beschrieben Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung, wie die Probe in der Zentrifuge montiert..
- Verwenden Sie eine Pipette, um das Reagenzglas mit genug PCBM Lösung, so dass die Vorlage vollkommen untergetaucht zu füllen.
- Legen Sie das Reagenzglas in der Zentrifuge und laufen für 5 min bei 6.000 Umdrehungen pro Minute.
Hinweis: Wenn die Proben im Reagenzglas in einem Winkel montiert ist, sicherzustellen, dass das Reagenzglas in einer Weise, daß die eloxierte Oberfläche zur Mitte der Zentrifuge (2) montiert ist, zeigt.
- Sobald die Zentrifuge gestoppt hat, entladen die Reagenzgläser und gießen Sie das PCBM Lösung aus den Rohren.
- Entfernen Sie die Vorlagen aus den Reagenzgläsern oder lTraufe sie an der Unterseite, für ca. 1 min trocknen.
- Die Schritte 3,2-3,6 so dass insgesamt 5-10 Zentrifugationsläufen durchgeführt wurden.
Hinweis: In Situationen, wo es geringe Löslichkeit des kleinen Moleküls in seinem Lösungsmittel, mehr Zentrifuge Läufe werden Anzahlung mehr Material in den Nanoporen helfen.
- Entfernen der Probe aus dem Boden des Teströhrchens und mit einem Wattestäbchen in Toluol (oder dem jeweiligen Lösungsmittel) getränkt, um sanft reinigen die Oberfläche der Vorlage, das Entfernen von Material, das über der Oberfläche der Schablone verbleibt.