Method Article

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

DOI:

10.3791/50706

⸱

June 18th, 2013

 , 
1Electrical and Computer Engineering, University of Alberta

In This Article

Summary

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

אנו מדווחים שיטה פשוטה לבודת מערך צפיפות ultrahigh של nanowires האורגני הקטן מולקולרי מסודרים בצורה אנכית. שיטה זו מאפשרת לסינתזה של גיאומטריות מורכבות heterostructured היברידי nanowire, שניתן לגדל ביוקר על מצעים שרירותיים. מבנים אלו יישומים פוטנציאליים באלקטרוניקה אורגנית, אופטו, חישה כימית, photovoltaics וספינטרוניקה.

Abstract

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

בשנים האחרונות מוליכים למחצה אורגניים π-מצומדות צמחו כחומר פעיל במספר יישומים שונים, כולל מציג שטח גדול, בעלות נמוכה, photovoltaics, אלקטרוניקה להדפסה וגמישה ושסתומים ספין אורגניים. אורגניקס לאפשר (א) עיבוד בעלות נמוכה, בטמפרטורה נמוכה ו( ב) עיצוב מולקולרי ברמה של מאפייני תחבורה אלקטרוניות, אופטיים וספין. תכונות אלה אינן זמינות עבור מוליכים למחצה אורגניים מהזרם המרכזי, אשר אפשרו אורגניים לגלף נישה בשוק האלקטרוניקה סיליקון הנשלט. הדור הראשון של מכשירים מבוססי אורגניים התמקד בגיאומטריות סרט דקים, שגודלו על ידי שיקוע פיזי או עיבוד פתרון. עם זאת, זה כבר הבין שניתן להשתמש בו ננו האורגני כדי לשפר את הביצועים של יישומים הנ"ל ומאמץ ניכר הושקע בחקר שיטות לייצור nanostructure אורגני. t "> כיתה מעניינת במיוחד של ננו האורגני היא אחד שבו בכיוון אנכי nanowires האורגני, או צינורות nanorods מאורגנים במערך מאורגן היטב, בצפיפות גבוהה. מבנים כאלה הם תכליתי מאוד והם ארכיטקטורות מורפולוגיים אידיאליות עבור יישומים שונים כגון כחיישנים כימיים, nanoantennas מפוצל דיפול, התקני פוטו עם nanowires רדיאלית heterostructured "ליבת קליפה", והתקני זיכרון עם גיאומטריה צולבת נקודה. ארכיטקטורה כזו היא בדרך כלל הבינה בגישה מכוונת תבנית. בעבר בשיטה זו כבר משמש לגידול מתכת ומערכי nanowire מוליכים למחצה אורגניים. לאחרונה π-מצומדות nanowires הפולימר כבר גדל בתוך תבניות nanoporous. עם זאת, יש לו גישות אלה בהצלחה מוגבלת nanowires ההולכים וגדל של חומרים אורגניים משקל מולקולרי קטנים π-מצומדות חשובים מבחינה טכנולוגית, כגון טריס- 8-hydroxyquinoline אלומיניום (ALQ 3), rubrene וספידanofullerenes, המשמשים בדרך כלל בתחומים מגוונים, כולל תצוגות אורגניות, photovoltaics, טרנזיסטורים סרט דקים וספינטרוניקה.

לאחרונה הצלחנו להתייחס לנושא הנ"ל על ידי שימוש בגישה חדשנית "צנטריפוגה בסיוע". שיטה זו ולכן מרחיבה את הספקטרום של חומרים אורגניים שיכול להיות בדוגמת במערך nanowire הורה בצורה אנכית. בשל החשיבות הטכנולוגית של 3 ALQ, rubrene וmethanofullerenes, ניתן להשתמש בשיטה שלנו כדי לחקור כיצד nanostructuring של חומרים אלה משפיע על הביצועים של התקנים אורגניים כאמור לעיל. מטרת מאמר זה היא לתאר את הפרטים הטכניים של הפרוטוקול הנ"ל, להדגים כיצד ניתן להרחיב את התהליך הזה לגדול nanowires האורגני קטן מולקולרי על מצעים שרירותיים ולבסוף, כדי לדון בשלבים הקריטיים, מגבלות, שינויים אפשריים, בעיות יישומי ירי ובעתיד.

Introduction

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

שיטת תבנית בסיוע משמשת בדרך כלל לייצור של מערכי nanowire בכיוון אנכי 1-3. שיטה זו מאפשרת ייצור פשוט של גיאומטריות nanowire מורכבות כגון צירי 4-6 או רדיאלית 7 superlattice nanowire heterostructured, שהם לעתים קרובות רצויים ביישומים אלקטרוניים ואופטיים שונים. בנוסף, מדובר בשיטת nanosynthesis בעלות נמוכה, מלמטה למעלה עם תפוקה גבוהה וצדדי. כתוצאה מכך, מכוונת תבנית שיטות צברו פופולריות עצומה בקרב חוקרים ברחבי העולם 2,3.

הרעיון הבסיסי של "שיטת תבנית מכוונת" הוא כדלקמן. ראשית תבנית היא מפוברקת, שמכילה מערך של nanopores הגלילי בכיוון אנכי. בשלב בא, את החומר הרצוי מופקד בתוך nanopores עד מלאות את הנקבוביות. כתוצאה מכך החומר הרצוי מאמץ את המורפולוגיה הנקבובית ומהווה מערך nanowire מתארח בתוך template. לבסוף, בהתאם ליישום היעד, תבנית המארח ניתן להסיר. עם זאת, זה גם הורס את הסדר האנכי. הגיאומטריה והממדים של ננו הסופי לחקות את המורפולוגיה הנקבובית ולכן הסינתזה של תבנית המארח הוא חלק קריטי בתהליך הייצור.

סוגים שונים של תבניות nanoporous דווחו בספרות 8. את התבניות הנפוצות ביותר כוללות (א) פולימר קרום מסלול-חרוט, (ב) קופולימרים לחסום ו( ג) תחמוצת אלומיניום anodic (AAO) תבניות. כדי ליצור את הקרומים חרוטים מסלול פולימר רדיד פולימר הוא מוקרן עם יונים עתירי אנרגיה, אשר חודרים לחלוטין את נייר הכסף ולהשאיר את השירים יון חבויים בתוך נייר הכסף בתפזורת 9. המסלולים הרבים ולאחר מכן חרוטים באופן סלקטיבי כדי ליצור ערוצי nanosized בתוך רדיד הפולימר 9. ערוצי nanosized ניתן להרחיב עוד יותר על ידי צעד תחריט מתאים. בעיות עיקריות בשיטה זו הן אי אחידה של הnanochannels הדואר, חוסר שליטה של מיקום, מרחק יחסית לא אחיד בין הערוצים, צפיפות נמוכה (מספר ערוצים לכל יחידת שטח ~ 10 8/2 ס"מ), וגרוע הורו מבנה 1 נקבובי. בשיטת קופולימר לחסום תבנית nanoporous גלילית דומה נוצרה ראשון, ואחרי הצמיחה של חומר רצוי בתוך הנקבובית 8.

בעבר, שיטות (א) ו (ב) שהוזכר לעיל כבר בשימוש לפברק nanowires פולימר 8. עם זאת, שיטות אלו עשויות שלא להיות מתאימות לסינתזת nanowires של כל חומר אורגני שרירותי בשל היעדר הפוטנציאל של תחריט סלקטיבית במהלך שלבי עיבוד. לאחר העיבוד בדרך כלל כרוך בהסרת תבנית המארח, שעבור תבניות הנ"ל תדרוש ממסים אורגניים. ממסים אלה עשויים להיות השפעה מזיקה על המאפיינים המבניים ופיסיים של nanowires האורגני. עם זאת, בתבניות אלה לעבוד כהו אידיאלייםSTS לnanowires אורגני כגון 10 קובלט, ניקל, נחושת וmultilayers מתכתי 11, אשר נותר מושפע בתהליך התחריט שמסיר את מארח הפולימר. אתגר נוסף פוטנציאל לשיטות הנ"ל הוא יציבות התרמית הגרועה של מטריצת המארח בטמפרטורות גבוהות יותר. טמפרטורה גבוהה חישול נדרש לעתים קרובות כדי לשפר את crystallinity של nanowires האורגני, דבר המצביע על הצורך ביציבות תרמית טובה של המטריצה ​​המארחת.

חמצון אלקטרוכימי המבוקר של אלומיניום (המכונה גם "anodization" של אלומיניום) הוא תהליך תעשייתי ידוע ומשמש בדרך כלל ברכב, כלי הבישול, התעופה והחלל ותעשיות אחרות כדי להגן על משטח אלומיניום מ 12 קורוזיה. טבעו של האלומיניום מחומצן (או "אלומינה anodic") תלוי באופן קריטי על ה-pH של אלקטרוליט משמש לanodization. עבור יישומי קורוזיה התנגדות, anodization מבוצע בדרך כלל עם Weaחומצות K (pH ~ 5-7), אשר יוצרות,, "מסוג מכשול" אינו נקבובי קומפקטי סרט אלומינה 12. עם זאת, אם את האלקטרוליט הוא מאוד חומצי (pH <4), תחמוצת הופכת להיות "נקבובית" בשל פירוק המקומי של תחמוצת על ידי יוני H +. השדה החשמלי המקומי על פני תחמוצת קובע את הריכוז המקומי של יוני + H ולכן המשטח מראש דפוסים לפני anodization מציע שליטה מסוימת על המבנה הנקבובי הסופי. הנקבוביות הם גליליים, עם קוטר קטן (~ 10-200 ננומטר) ולכן סרטי אלומינה anodic nanoporous כאלה נעשו שימוש נרחב בשנים האחרונות לסינתזה של חומרים שונים nanowires 2,3.

תבניות אלומיניום anodic Nanoporous מציעות יציבות תרמית טובה יותר, צפיפות נקבובית גבוהה, כדי נקבובית לטווח ארוך, וtunability המצוין של קוטר נקבובית, אורך, הפרדה בין נקבובית וצפיפות נקבובית באמצעות בחירה נבונה של פרמטרים Anodization כגון ה-pH של אלקטרוליט וanodization וולטגיל 2,3. בשל הסיבות הללו אנו בוחרים תבניות AAO כמטריצת מארח לצמיחת nanowire האורגנית. יתר על כן, יש לי תחמוצות אורגניות כגון אלומינה אנרגיה פנים גבוהה, ובכך להקל אחיד הפצה של הפתרון האורגני (אנרגיה פני השטח נמוכה) על פני השטח אלומינה 13. בנוסף, המטרה שלנו היא לגדול מערכי nanowire אלה ישירות על מוליך ו / או מצע שקוף. כתוצאה מכך, הנקבובית סגור בקצה התחתון, שזקוק לתמורה נוספת כפי שנתואר להלן. הצמיחה של nanowires בתוך תבנית-דרך נקבובית והעברה לאחר המצע הרצוי היא לעתים קרובות לא רצויה בשל איכות ממשק ירודה ושיטה זו היא אפילו לא ריאלי עבור nanowires קצר באורך (או דקות תבניות) בשל יציבות מכאנית ירודה מהתבניות דקות .

חומרים אורגניים π-מצומדות יכולים להיות מסווגים באופן כללי לשתי קטגוריות: (א) פולימרים מצומדות ארוך שרשרת ו( ב) במשקל מולקולרי קטן האורגני של emiconductors. קבוצות רבות דיווחו סינתזה של nanowires פולימרים ארוך שרשרת בתוך nanopores הגלילי של תבנית AAO בעבר. סקירה מקיפה בנושא זה זמין בשופטים 8,14. עם זאת, סינתזה של חומרים אורגניים של nanowires מולקולריים קטנים חשובים מסחרי (כגון rubrene, טריס-8-hydroxyquinoline אלומיניום (ALQ 3), וPCBM) בAAO היא נדירה ביותר. פיזי שיקוע של rubrene וALQ 3 בתוך nanopores של תבנית AAO כבר דווח על ידי מספר קבוצות 4,15-17. עם זאת, רק בשכבה דקה (~ 30 ננומטר) של חומרים אורגניים יכולה להיות מופקדת בתוך הנקבובית (~ ננומטר בקוטר 50) ותצהיר ממושך נוטה לחסום 4,16,17 הכניסה הנקבובית. מילוי נקבובית מלא ניתן להשיג בשיטה זו, אם הקוטר הנקבובית הוא מספיק גדול (~ 200 ננומטר) 15. לכן חשוב למצוא שיטה חלופית שהיא ישים עבור קטרים ​​נקבוביות בטווח ננומטר 100 המשנה.

"> גישה נוספת שהיה בשימוש כבר כמה אורגני קטן מולקולרי אחרים היא מה שנקרא" שיטת תבנית הרטבה "8,14. עם זאת, ברוב דיווחי תבניות מסחריות עבות (~ 50 מיקרומטר) עם שני נקבוביות פתוח לוואי וקוטר גדול (~ 200 ננומטר) היה בשימוש. שיטה כזו לא הפיקה nanowires בצד אחד סגר את הנקבוביות כמו שהוזכר קודם לכן, כנראה בשל נוכחותם של כיסי אוויר שנלכדו בתוך נקבוביות, המונע חדירה של הפתרון בתוך הנקבובית. יש לנו דווחה בעבר כי שיטה חדשה מתגברת על אתגרים אלה ומאפשר צמיחה של מערכי nanowire קטנים מולקולריים אורגניים עם ממדים שרירותיים על כל מצע רצוי. בדברים שלהלן, נתאר את הפרוטוקול מפורט, מגבלות ושינויים פוטנציאליות בעתיד.

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

Protocol

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

כאמור, שני השלבים העיקריים בתהליך הייצור מבוסס AAO הם (א) סינתזה של התבנית הריקה בAAO שרירותי (בעיקר מוליך ו / או שקוף) מצעים (תיאור סכמטי באיור 1) ו (ב) גידול של קטן nanowires האורגני המולקולרי בתוך nanopores של תבנית AAO (איור 2). בסעיף זה אנו מספקים תיאור מפורט של תהליכים אלה.

1. צמיחה של (AAO) תחמוצת אלומיניום anodic תבניות על מצעי אלומיניום מוליך

  1. ליצור תבניות אלומיניום nanoporous ידי רדידי אלומיניום ליטוש ראשונים ולאחר מכן של פרופילי אלומיניום (או electrochemically חמצון) אותם. בגין על ידי חיתוך (~ 2 x 2 ס"מ 2) יריעות קטנות של אלומיניום unpolished טוהר גבוה (99.997%) עם 250 מיקרומטר עובי.
  2. במקום electropolishing, משמש תהליך ליטוש כימי פשוטים יותר 18. להטביע מספר קטן של 2 ס"מ 2 גיליונות X 2 בחנקן-החומצה זרחתית etchant על 80 מעלות צלזיוס על פלטה חמה למשך 5 דקות.

הערה: פתרון החומצה חנקתית-זרחתית המשמש לטרום לטפל יריעות האלומיניום הוא 15 חלקים 68% חומצה חנקתית ו85 חלקים 85% חומצה זרחתית. צעד ליטוש הוא הכרחי לפני anodization בגלל חספוס פני השטח של אלומיניום כפי שנרכש הוא בסדר גודל של כמה מיקרונים, אשר יוצר שדה חשמלי לא אחיד על פני השטח ומונע היווצרות של נקבוביות מערך מסודרות. בספרות, electropolishing כבר נעשה שימוש נרחב למטרה זו 2,3. עם זאת, ליטוש הכימי הוא אלטרנטיבה זולה וקלה, שגם מניבה משטחים מלוטשים עם חלקות (או יותר) דומות 18.

  1. לאחר תחריט, לנטרל את שקפים בסודיום הידרוקסיד ז 1 במשך 20 דקות. שקפים אלה "כימיים מלוטשים" מוכנים כעת להיות anodized.
  2. טען את יריעות האלומיניום מלוטשות לתאים שטוחים ואנודייז במשך 15 דקות עם 3% oxalחומצת IC ב 40 V DC משוא פנים.

הערה: לקבלת דוגמיות לסכל תהליך anodization שני שלבים מבוצע כדי לשפר נקבוביות הזמנת 2,3,19. הצעד ראשון זו ייצור שכבת תחמוצת נקבובית על פני השטח ואל גומות בקנה מידה ננו בממשק האלומיניום / אלומינה, שישמשו כאתרי החניכה לצמיחה נקבובית במהלך השלב השני של anodization.

  1. לחרוט את המדגם בחומצה כרומי-זרחתית על ידי הוצאתו מהתא השטוח. לטבול את הדגימה בכוס של etchant על צלחת חמה ב 60 מעלות צלזיוס במשך ~ 30 דקות כדי להסיר את שכבת תחמוצת הראשונית.
  2. חזור על תהליך anodization (שלב 1.4) עבור 2.5 דקות, תוך שמירה על כל הפרמטרים האחרים ללא שינוי. נסה ליישר את נייר הכסף בדירה התא כך שאותו אזור אנודייז בצעד (1.4) שוב יהיה חשוף לאלקטרוליט.

שימו לב: הזמן של צעד anodization הסופי קובע את עובי הסופישכבת תחמוצת וניתן לשנות בהתאם. משך זמן של 2.5 דקות. מתאים לעובי סרט (אורך נקבובית) של ~ 500 ננומטר. בסופו של השלב השני nanopore מערך מסודר נוצר בשכבת אלומינה anodic. Anodization ומחזור התחריט ניתן לחזור כדי לשפר את הסידור נקבובית יותר.

  1. להטביע את התבנית ב5% חומצה זרחתית בטמפרטורת חדר למשך 40 דקות כדי לדלל את שכבת המחסום בתחתית את nanopores ולהרחיב את קוטר nanopore. קוטר nanopore סופי לאחר שלב זה הוא ~ 60-70 ננומטר.

2. צמיחה של תבניות AAO על מצעים שקופים (זכוכית)

  1. להפקיד את המערכת רב שכבתית הבאה ברצף על שקופיות זכוכית ניקו: טיו 2 (20 ננומטר, תצהיר שכבה אטומי), Au (7 ננומטר, המקרטעת), אל (1 מיקרומטר, רושף).

הערה: שכבת Au פועלת כאלקטרודה, הנדרשת לanodization, ולא להתדרדר שקיפות 20 </ Sup>. 2 מעשי הדוד כשכבת הדבקה שקופה בין Au ומצע זכוכית.

  1. צרף האלקטרודה רדיד אל פני השטח של הסרט הדק של אלומיניום אנודייז להיות באמצעות כסף אפוקסי מוליך. זה יגרום חיבור מתאים ממקור כוח לדוגמה, תוך שיפור הפצה נוכחית.

הערה: מאחר שיש מעט מאוד הוא אלומיניום שהונח על מצע הזכוכית, ליטוש טכניקות שהוזכרו קודם הם לא בר קיימא כדי לשטח את משטח האלומיניום. במקום זאת, פרוטוקול זה משנה את הליך anodization לשלב צעד anodization / תחריט אחר.

  1. טען המדגם לתא השטוח ואנודייז סרט דק האלומיניום למשך 4 דקות באמצעות 3% חומצה אוקסלית ב30 הטיה V DC.
  2. מבלי להסיר את הדגימה מהתאים שטוחים, יש לשטוף את התא במי DI ולחרוט תבנית בחומצה כרומית-זרחתית על 60 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 על ידי שפיכת etchant אני החםn לתא.

הערה: הטמפרטורה של etchant מייד תתחיל לרדת פעם אחת זה כבר זרם לתא. לפיכך, את משך הזמן של תחריט הוא גדל לשעת 1 מ 30 דקות לדגימות הרדיד כדי להבטיח שכל סרט חמצון מוסר.

  1. יש לשטוף את התא שוב ואנודייז בפעם שנייה באותם תנאים כמו הראשון; למשך 4 דקות, באמצעות 3% חומצה אוקסלית ב30 V DC משוא פנים.
  2. חזרו על פעולה (2.4). מבלי להסיר את הדגימה מהתאים שטוחים, יש לשטוף את התא במי DI ולחרוט תבנית בחומצה כרומית-זרחתית על 60 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 על ידי שפיכת etchant החם לתא.
  3. יש לשטוף את התא בפעם האחרונה ולבצע את צעד anodization (והאחרון) השלישי, באמצעות 3% חומצה אוקסלית ב30 V DC. לפקח הנוכחי של המערכת, כדי לקבוע מתי להפסיק.

הערה: את הצרכים הנוכחיים כדי להיות במעקב בזמן הסופיodization. אחרי השניות הראשונות, הנוכחי מייצב בסביבות 1-2 אמפר. זה מצביע על anodization האחיד מתקיים. לאחר תהליך anodization צרך אלומיניום שנותר, תמיסת אלקטרוליט (3% חומצה אוקסלית) תבוא למגע עם שכבת הזהב הבסיסית, דבר שתגרום לעלייה חדה בanodization הנוכחי (איור 3). בשלב זה, anodization הוא עצר. הזמן צריך להיות בערך סביב סימן 4 דקות. עלייה זו בנוכחי לא נצפתה בדגימות נייר כסף (איור 3), כי שכבת מחסום אחידה מפרידה את הפתרון ומצע מתכת.

  1. לבצע צעד התרחבות נקבובית, בדומה לפרוטוקול מדגם הרדיד על ידי השריית את התבנית ב5% חומצה זרחתית בטמפרטורת חדר למשך 40 דקות.

הערה:. זה יהיה להרחיב את הנקבוביות אך מאז תהליך anodization אכל דרך שכבת המחסום שלא ייותר כדי לדלל אלחוטיgure 4 מציג את המבנה שכבתי של מצע זכוכית / 20 ננומטר אל הנקבובי טיו 2/7 ננומטר Au / 500 ננומטר 2 O 3 עם היעדר שכבת מחסום ונקבובי באופן ברור שבבסיס נחשף לסרט דק Au. ציור 5a ו5b מראה AAO הריק תבניות בנייר כסף ומצעי זכוכית בהתאמה.

3. צנטריפוגה צמיחת סיוע של nanowires אורגני המולקולריים קטן בתוך הנקבובית של תבנית AAO

  1. להכין תמיסה רוויה של אורגני המולקולרי הקטנה בממס מתאים.

שים לב: המולקולות האורגניות הבאות והממסים היו בשימוש: rubrene באצטון, ALQ 3 בכלורופורם וPCBM בטולואן. מכאן והלאה PCBM מכונה מולקולה של עניין.

  1. טען את התבניות לתחתית מבחנת צנטריפוגה כגון כי האזור עומד בפני אנודייז עליון של המבחנה. הצינור חייב להיות דואר גדוליכול להוציא כדי שתתאים לדוגמא בפנים.

הערה: לקבלת דוגמיות נייר כסף, כדאי להשתמש רקיק בגודל דומה לתמיכה בנייר הכסף ולמנוע כיפוף במהלך צנטריפוגה כפי שיתואר להלן תרשים 2 מציג תיאור סכמטי של איך המדגם הוא רכוב בצנטריפוגה..

  1. השתמש פיפטה כדי למלא את המבחנה עם פתרון PCBM מספיק כך שהתבנית היא שקועה לחלוטין.
  2. טען את המבחנה בצנטריפוגה ולהפעיל למשך 5 דקות ב 6000 סל"ד.

הערה: אם הדגימות היו רכובים במבחנה בזווית, להבטיח את המבחנה היא רכוב בצורה כזאת, כי פני השטח anodized הוא מצביעים לכיוון המרכז של צנטריפוגות (איור 2).

  1. ברגע שהפסיקה צנטריפוגות, לפרוק את המבחנות ולשפוך את פתרון PCBM מן הצינורות.
  2. הסירו את התבניות מהמבחנות, או Leave בתחתית, ל~ 1 דקות לייבוש.
  3. חזור על שלבי 3.2-3.6 כך שהסכום כולל של ריצות צנטריפוגות 5-10 כבר בוצע.

הערה: במצבים בהם יש מסיסות נמוכה של המולקולה הקטנה בה ממס, יותר ריצות צנטריפוגות יעזרו הפקדה יותר מהותיות בnanopores.

  1. הסר את הדגימה מתחתית המבחנה ולהשתמש בקיסם אוזניים הטבולים בטולואן (או ממס בהתאמה) כדי לנקות בעדינות את פני השטח של התבנית, מסיר כל חומר שנשאר מעל על פני השטח של התבנית.

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

Results

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

כפי שמעיד הנתונים המוצגים להלן (איורים 5, 6), שיטת ליהוק טיפת סיוע צנטריפוגות זה מייצרת nanowires הרציף. את nanowires, מפוברק בתוך הנקבובית של תבנית AAO, מיושרים אנכי, אחיד, וחשמלי מבודד זה מזה עם תחתית כתרים. הקוטר של nanowires נקבע על ידי הקוטר של הנקבוביות בתבנית. הם יכולים להיות מפוברקים בהצלחה בכמה מצעים שונים, אשר יובילו ליישום הפוטנציאל של מבנים אלה במכשירים רבים המפורטים בהמשך.

כי תוצאות ...

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

Discussion

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

תמונה גופנית לצמיחה Nanowire

חשוב קודם להבין את שיטת הגידול של nanowires האורגני באופן מלא. ברגע שאנחנו יודעים בדיוק איך הם גדלים ויוצרים את עצמם בנקבוביות שאנחנו יכולים להשתמש בשיטה זו בתצהיר למהנדס ננו, מכשירים וחומרים. בעבר, nanowires הפולימר כבר מפוברק באמצעות הליך הרטבת התבנית ללא סיוע של צנטריפוגות, אבל עבור כמה חומרים כגון מולקולות אורגניות קטנות, מצאנו את זה כדי להיות יעיל. בשל כימיה של פני השטח בין הפתרון ו...

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

Disclosures

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

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgements

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

עבודה זו נתמכה כלכלית על ידי NSERC, CSEE, nanobridge וTRLabs.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
<חזק>ריאגנטים
טולואןפישר סיינטיפיקT324-4
68% חומצה חנקתיתפישר סיינטיפיקA200-212
85% חומצה זרחתיתפישר סיינטיפיקA242-4
10% חומצה כרומיתRICCA Chemical Company2077-32
10% חומצה אוקסליתאלפא AesarFW.90.04
כלורופורםפישר סיינטיפיקC607-4
יריעות אלומיניוםאלפא Aesar7429-90-5
PCBMNano-CNano-CPCBM-BF
Alq3סיגמא אולדריץ'444561-5G
RubreneSigma Aldrich551112-1G
<חזק>ציוד
אטומית חזק>FlexAL (ALD)מכשירילתצהיר של מערכת התזה PVD TiO2
קורט ג'יי לסקרלתצהיר של Au & Al
FlatCell Princeton Applied ResearchK0235לאנודיזציה של
צנטריפוגתHERMLE LabnetZ206 Aלתצהיר של ננו-חוטים אורגניים
אוקספורד Al

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