Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, ein Array von vertikal ausgerichteten organischen Nanodrähten innerhalb einer porösen Matrize herzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein Substrat zum Eloxieren vorbereitet wird, indem entweder die Oberfläche einer Aluminiumfolie poliert oder ein dünner Aluminiumfilm auf einem beliebigen Substrat abgeschieden wird. Der zweite Schritt besteht darin, die polierte Aluminiumfolie oder den dünnen Aluminiumfilm, der auf einem beliebigen Substrat abgeschieden ist, zu eloxieren.

Der letzte Schritt besteht darin, organisches Material mit Hilfe einer neuartigen zentrifugengestützten Schablonenhochzeit in die Poren der Schablone abzuscheiden. Letztendlich wird die Rasterelektronenmikroskopie verwendet, um das Vorhandensein von organischen Nanodrähten in den Poren der nautischen Aluminiumoxid-Vorlage nachzuweisen. Die Idee zu dieser Methode entstand, als ich Schwierigkeiten hatte, die Poren von anodischen Aluminiumschablonen mit herkömmlichen Schablonenbenetzungsmethoden zu füllen.

Ich beschloss, die Zentrifugalkraft einer Zentrifuge zu nutzen, um das Eindringen der Lösung in die Poren zu drücken oder zu unterstützen. Schneiden Sie zuerst etwa zwei Zentimeter mal zwei Zentimeter große Bleche aus hochreinem unpoliertem Aluminium mit einer Dicke von 250 Mikrometern aus, tauchen Sie eine kleine Anzahl der Bleche und ein Becherglas mit Salpeter-Phosphorsäure-Ätzen bei 80 Grad Celsius für fünf Minuten nach dem Ätzen ein, neutralisieren Sie die Folien, indem Sie sie in Wasser tauchen und 20 Minuten lang in ein molares Natriumhydroxid legen. Spülen Sie anschließend die Folien mit dem ionisierten Wasser ab.

Laden Sie anschließend die polierten Aluminiumbleche in flache Zellen und füllen Sie diese mit 3%Oxalsäure. Dann eloxieren Sie die Bleche nach dem Eloxieren 15 Minuten lang bei 40 Volt Gleichspannung und tauchen Sie die Probe etwa 30 Minuten lang in ein Becherglas mit Chromphosphorsäure, das bei 60 Grad Celsius geätzt wird. Um die anfängliche Oxidschicht zu entfernen, richten Sie die Folie in der flachen Zelle neu aus, so dass derselbe Bereich, der zuvor eloxiert wurde, wieder dem Elektrolyten ausgesetzt wird.

Wiederholen Sie den Eloxalisierungsvorgang mit 3%Oxalsäure für 2,5 Minuten bei 40 Volt Gleichstrom. Bias Tauchen Sie die A a O-Matrize bei Raumtemperatur in 5%ige Phosphorsäure, um die Barriereschicht am Boden der Nanoporen zu verdünnen und den Nanoporendurchmesser nach 40 Minuten auf etwa 60 bis 70 Nanometer zu erweitern, entfernen Sie die Schablone aus dem Becherglas und spülen Sie sie mit dem ionisierten Wasser ab. Das folgende Mehrschichtsystem nacheinander auf sauberes Glas auftragen.

Gleitt 20 Nanometer Titandioxid durch Atomlagenabscheidung, sieben Nanometer Gold durch Sputtern und einen Mikrometer Aluminium durch Sputtern. Nachdem Sie die Proben aus der Vakuumkammer entnommen haben, befestigen Sie eine Folienelektrode an der Oberfläche des dünnen Aluminiumfilms, der eloxiert werden soll. Laden Sie die Probe mit einem leitfähigen Silberepoxidharz in die flache Zelle und füllen Sie sie mit 3 % Oxalsäure.

Eloxieren Sie dann die Aluminium-Dünnschicht vier Minuten lang bei 30 Volt Gleichspannung, ohne die Probe aus der flachen Zelle zu entfernen. Spülen Sie die Zelle mit entionisiertem Wasser aus. Gießen Sie 60 Grad Celsius ch Chromphosphorsäureätzung in die flache Zelle und stellen Sie sie eine Stunde lang beiseite.

Wiederholen Sie anschließend die Eloxal- und Ätzschritte unter den zuvor beschriebenen Bedingungen. Nach dem Spülen mit entionisiertem Wasser die Zelle mit 3%iger Oxalsäure füllen und ein letztes Mal unter den gleichen Bedingungen wie zuvor eloxieren. Überwachen Sie den Strom des Systems und stoppen Sie die Eloxierung, wenn ein starker Stromanstieg beobachtet wird.

Führen Sie als Nächstes einen schlechten Verbreiterungsschritt durch, indem Sie die Schablone bei Raumtemperatur in 5%ige Phosphorsäure tauchen. Entfernen Sie nach 40 Minuten die Schablone aus dem Becherglas und spülen Sie sie mit entionisiertem Wasser ab. Legen Sie die Schablonen so in den Boden eines Zentrifugenreagenzglases, dass der eloxierte Bereich zur Oberseite des Reagenzglases zeigt.

Füllen Sie die Reagenzgläser mit einer Pipette mit genügend PCBM-Lösungen, so dass jede Schablone vollständig untergetaucht ist. Laden Sie dann die Reagenzgläser in die Zentrifuge und lassen Sie sie fünf Minuten lang mit 6.000 U/min laufen. Sobald die Zentrifuge gestoppt ist, entladen Sie die Reagenzgläser und gießen Sie die PCBM-Lösung aus.

Nehmen Sie die Schablonen aus den Reagenzgläsern und legen Sie sie zum Trocknen beiseite. Wiederholen Sie die vorherigen Schritte, so dass insgesamt fünf bis 10 Zentrifugenläufe durchgeführt wurden. Entfernen Sie schließlich jede Probe vom Boden der Reagenzgläser und reinigen Sie die Oberfläche mit einem Wattestäbchen vorsichtig mit Toluol, wie die hier gezeigten Bilder zeigen.

Bei diesem zentrifugengestützten Tropfengussverfahren werden kontinuierliche Nanodrähte hergestellt. Die Nanodrähte, die in den Poren des a a O-Templates hergestellt werden, sind vertikal ausgerichtet, gleichmäßig und elektrisch voneinander isoliert und haben einen abgedeckten Boden. Dies kann erfolgreich auf mehreren verschiedenen Substraten hergestellt werden, was zu einer potenziellen Anwendung dieser Strukturen in vielen verschiedenen Bauelementen führt.

Um weiter zu überprüfen, ob es sich bei dem Material in den Poren um PCBM handelt, wurde eine Nanodraht-Ramen-Spektroskopie der Feldschablonen durchgeführt. Die Ramen-Daten wurden mit den Spektren von PCBM-Dünnschichten und volleren Ringen verglichen, die in der Literatur gefunden wurden. Spitzen wurden bei 14 30, 14 63 und 1577 inversen Zentimetern beobachtet, was den Moden T eins, U vier, G zwei und HG acht entspricht.

Diese Zahlen stimmen gut mit den Literaturwerten von 14, 29, 14, 70 und 1575 inversen Zentimetern für makellose Leiterplatten für die gleichen jeweiligen Moden überein. Darüber hinaus zeigt dies, dass es aufgrund der Nanodrahtgeometrie keine signifikante Verschiebung der Ramen-Peaks gibt, und bestätigt das Vorhandensein von PCBM-Nanodrähten in den Poren. Andere Methoden wie die galvanische Abscheidung von metallischen Nanodrähten oder das Sputtern von Dünnschichtmetallen können zur Herstellung von Geräten für Anwendungen wie Spintronik, Optik, Elektronik, Photovoltaik, chemische Sensorik und Metamaterialien verwendet werden.