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

El objetivo general de este procedimiento es fabricar una matriz de nanocables orgánicos alineados verticalmente dentro de una plantilla porosa. Esto se logra primero preparando un sustrato para anodizar, ya sea puliendo la superficie de una lámina de aluminio o depositando una película delgada de aluminio sobre un sustrato arbitrario. El segundo paso consiste en anodizar la lámina de aluminio pulida o la película delgada de aluminio depositada sobre un sustrato arbitrario.

El paso final consiste en depositar material orgánico en los poros de la plantilla utilizando un novedoso método de emparejamiento de plantillas asistido por centrífuga. Finalmente, se utiliza microscopía electrónica de barrido para mostrar la existencia de nanocables orgánicos dentro de los poros de la plantilla de óxido de aluminio anódico. La idea para este método surgió inicialmente cuando tuve dificultades para llenar los poros de las plantillas de aluminio anódico utilizando métodos tradicionales de humectación de plantillas.

Decidí utilizar la fuerza centrífuga de una centrífuga para impulsar o facilitar la penetración de la solución en los poros. Primero, corte hojas de aluminio de alta pureza y sin pulir de aproximadamente dos centímetros por dos centímetros con un espesor de 250 micrómetros, sumerja un pequeño número de las hojas y un vaso de precipitados con ácido nítrico-fosfórico para atacar durante cinco minutos a 80 grados Celsius; después del ataque, neutralice las láminas sumergiéndolas en agua y colocándolas en hidróxido de sodio uno molar durante 20 minutos. A continuación, enjuague las láminas con agua ionizada.

A continuación, cargue las láminas de aluminio pulido en celdas planas y llénelas con ácido oxálico al 3%. Luego, anodice las láminas durante 15 minutos a 40 voltios de polarización de corriente continua. Después de la anodización, sumerja la muestra en un vaso de precipitados con ácido crómico-fosfórico para atacarla a 60 grados Celsius durante aproximadamente 30 minutos. Para eliminar la capa de óxido inicial, vuelva a alinear la lámina en la celda plana, de modo que la misma zona anodizada previamente quede nuevamente expuesta al electrolito.

Repita el proceso de anodizado con ácido oxálico al 3% durante 2,5 minutos a 40 voltios de corriente continua. Sumerja la plantilla de AaO bajo polarización en ácido fosfórico al 5% a temperatura ambiente para adelgazar la capa de barrera en la parte inferior de los nanoporos y ampliar el diámetro de los nanoporos hasta aproximadamente 60 a 70 nanómetros. Después de 40 minutos, retire la plantilla del vaso de precipitados y enjuáguela con agua ionizada. Deposite secuencialmente el siguiente sistema multicapa sobre vidrio limpio.

Deposite 20 nanómetros de dióxido de titanio mediante deposición atómica en capas, siete nanómetros de oro mediante pulverización catódica y un micrómetro de aluminio mediante pulverización catódica. Después de retirar las muestras de la cámara de vacío, fije un electrodo de lámina a la superficie de la película delgada de aluminio que se va a anodizar. Mediante un epoxi plateado conductor, coloque la muestra en la celda plana y llénela con ácido oxálico al 3%.

Luego, anodice la película delgada de aluminio durante cuatro minutos a un voltaje continuo de 30 voltios sin retirar la muestra de la celda plana. Enjuague la celda con agua desionizada. Vierta ácido crómico-fosfórico a 60 grados Celsius en la celda plana y déjela reposar durante una hora.

A continuación, repita los pasos de anodizado y atacado utilizando las condiciones descritas previamente. Después de enjuagar con agua desionizada, llene la celda con ácido oxálico al 3% y realice un anodizado final utilizando las mismas condiciones que antes. Monitoree la corriente del sistema y detenga el anodizado cuando se observe un aumento brusco en la corriente.

A continuación, realice un paso de ensanchamiento deficiente sumergiendo la plantilla en ácido fosfórico al 5 % a temperatura ambiente. Después de 40 minutos, retire la plantilla del vaso de precipitados y enjuáguela con agua desionizada. Coloque las plantillas en la parte inferior de un tubo de ensayo para centrífuga de manera que el área anodizada quede orientada hacia la parte superior del tubo de ensayo.

Utilizando una pipeta, llene los tubos de ensayo con suficiente solución de PCBM para que cada plantilla quede completamente sumergida. Luego, coloque los tubos de ensayo en la centrífuga y ejecute durante cinco minutos a 6.000 RPM. Una vez que la centrífuga se haya detenido, retire los tubos de ensayo y vierta la solución de PCBM.

Retire las plantillas de los tubos de ensayo y colóquelas aparte para que sequen. Repita los pasos anteriores hasta que se hayan realizado de cinco a diez centrifugaciones en total. Finalmente, retire cada muestra del fondo de los tubos de ensayo y utilice un hisopo empapado en tolueno para limpiar suavemente la superficie, tal como se evidencia en las imágenes mostradas aquí.

Este método de colado por goteo asistido por centrífuga produce nanocables continuos. Los nanocables fabricados dentro de los poros de la plantilla de AAO están alineados verticalmente, son uniformes y están eléctricamente aislados entre sí, con fondos cerrados. Pueden fabricarse con éxito sobre varios sustratos diferentes, lo que abre la posibilidad de aplicar estas estructuras en muchos dispositivos distintos.

Para verificar más a fondo que el material dentro de los poros es PCBM, se realizó espectroscopía Raman de nanohilos en las plantillas de campo. Los datos de Raman se compararon con los espectros de películas delgadas de PCBM y anillos de fullereno encontrados en la literatura. Se observaron picos a 1430, 1463 y 1577 centímetros inversos, que corresponden a los modos T1, U4a, G2 y HG8, respectivamente.

Estos números coinciden bien con los valores de la literatura de 1429, 1470 y 1575 centímetros inversos para PCBM puro, correspondientes a los mismos modos respectivos. Además, esto muestra que no hay un desplazamiento significativo en los picos de Raman debido a la geometría de los nanocables, y confirma la presencia de nanocables de PCBM dentro de los poros antes de seguir este procedimiento. Otros métodos, como la electrodeposición de nanocables metálicos o la pulverización catódica de metales en películas delgadas, pueden utilizarse para fabricar dispositivos para aplicaciones como espintrónica, optoelectrónica, electrónica, fotovoltaica, detección química y metamateriales.