Name: Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-06-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania pionowo ustawionych nanodrutów organicznych w porowatych matrycach z wykorzystaniem odśrodkowego zwilżania szablonu. Technika ta umożliwia tworzenie złożonych nanostruktur na różnych podłożach dla zastosowań w elektronice organicznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została wsparta finansowo przez NSERC, CSEE, nanoBridge i TRLabs.

Jak wspomniano powyżej, dwa kluczowe etapy procesu produkcyjnego opartego na AAO to (a) synteza pustego szablonu AAO na dowolnych (głównie przewodzących i/lub przezroczystych) podłożach (schematyczny opis na rysunku 1) oraz (b) wzrost małych molekularnych nanodrutów organicznych w nanoporach matrycy AAO (Rysunek 2). W tej sekcji przedstawiamy szczegółowy opis tych procesów.
1. Wzrost szablonów anodowego tlenku glinu (AAO) na przewodzących podłożach aluminiowych
<ol>
	<li>Twórz nanoporowate szablony z tlenku glinu, najpierw polerując folie aluminiowe, a następnie anodując je (lub utleniając elektrochemicznie). Zacznij od wycięcia małych (~2 x 2 cm2) arkuszy niepolerowanego aluminium o wysokiej czystości (99,997%) o grubości 250 μm.</li>
	<li>Zamiast elektropolerowania stosuje się prostszy proces polerowania chemicznego 18 . Zanurz niewielką liczbę arkuszy 2 x2 cm 2 w wytrawiaczu kwasem azotowo-fosforowym w temperaturze 80 °C na płycie grzejnej na 5 minut.</li>
</ol>
Uwaga: Roztwór kwasu azotowo-fosforowego używany do wstępnej obróbki blach aluminiowych to 15 części kwasu azotowego 68% i 85% części kwasu fosforowego. Przed anodowaniem konieczny jest etap polerowania, ponieważ chropowatość powierzchni zakupionego aluminium jest rzędu kilku mikronów, co tworzy niejednorodne pole elektryczne na powierzchni i zapobiega tworzeniu się uporządkowanego układu porów. W literaturze elektropolerowanie jest szeroko stosowane w tym celu 2,3. Polerowanie chemiczne jest jednak tanią i łatwą alternatywą, która pozwala również uzyskać wypolerowane powierzchnie o porównywalnej (lub lepszej) gładkości 18.
<ol start="3">
	<li>Po wytrawieniu zneutralizować folie w 1 M wodorotlenku sodu przez 20 min. Te "chemicznie polerowane" folie są teraz gotowe do anodowania.</li>
	<li>Załaduj wypolerowane blachy aluminiowe do płaskich komórek i anoduj je przez 15 minut 3% kwasem szczawiowym przy polaryzacji 40 V DC.</li>
</ol>
Uwaga: Dla próbek folii przeprowadzany jest dwuetapowy proces anodyzacji w celu poprawy kolejności porów 2,3,19. Ten pierwszy krok stworzy porowatą warstwę tlenku na powierzchni Al i wgłębienia w skali nano na granicy aluminium / tlenku glinu, które działają jako miejsca inicjacji wzrostu porów podczas drugiego etapu anodowania.
<ol start="5">
	<li>Wytrawić próbkę w kwasie chromowo-fosforowym, usuwając ją z płaskiej komórki. Zanurzyć próbkę w zlewce z wytrawiaczem na płycie grzejnej w temperaturze 60 °C na ~30 minut w celu usunięcia początkowej warstwy tlenku.</li>
	<li>Powtórz proces anodowania (krok 1.4) przez 2,5 minuty, zachowując wszystkie inne parametry bez zmian. Spróbuj ponownie wyrównać folię w płaskim ogniwie tak, aby ten sam obszar anodowany w kroku (1.4) był ponownie wystawiony na działanie elektrolitu.</li>
</ol>
Uwaga: Czas końcowego etapu anodowania określa grubość końcowej warstwy tlenku i może być odpowiednio zmieniony. Czas trwania 2,5 minuty odpowiada grubości filmu (długości porów) wynoszącej ~500 nm. Pod koniec drugiego kroku w warstwie anodowego tlenku glinu tworzony jest dobrze uporządkowany układ nanoporów. Cykl anodowania i trawienia można powtórzyć, aby jeszcze bardziej poprawić uporządkowanie porów.
<ol start="7">
	<li>Zanurz matrycę w 5% kwasie fosforowym w temperaturze pokojowej na 40 minut, aby rozrzedzić warstwę barierową na dnie nanoporów i poszerzyć średnicę nanoporów. Ostateczna średnica nanoporów po tym etapie wynosi ~60-70 nm.</li>
</ol>
2. Wzrost szablonów AAO na przezroczystych podłożach (szkło)
<ol>
	<li>Na oczyszczonych szkiełkach należy kolejno nanieść następujący system wielowarstwowy: TiO2 (20 nm, osadzanie warstw atomowych), Au (7 nm, rozpylanie), Al (1 μm, rozpylanie).</li>
</ol>
Uwaga: Warstwa Au działa jak elektroda, niezbędna do anodyzacji, i nie pogarsza przezroczystości 20. TiO2 działa jak przezroczysta warstwa adhezyjna między Au a szklanym podłożem.
<ol start="2">
	<li>Przymocuj elektrodę foliową do powierzchni cienkiej warstwy aluminium, która ma być anodowana, za pomocą przewodzącej srebrnej żywicy epoksydowej. Spowoduje to prawidłowe połączenie między źródłem zasilania a próbką, jednocześnie poprawiając dystrybucję prądu.</li>
</ol>
Uwaga: Ponieważ na szklanym podłożu osadza się bardzo mało aluminium, techniki polerowania wspomniane wcześniej nie są w stanie spłaszczyć powierzchni aluminium. Zamiast tego protokół ten modyfikuje procedurę anodowania, aby uwzględnić kolejny etap anodowania/trawienia.
<ol start="3">
	<li>Załaduj próbkę do płaskiej celi i anoduj cienką warstwę aluminium przez 4 minuty przy użyciu 3% kwasu szczawiowego przy polaryzacji 30 V DC.</li>
	<li>Nie wyjmując próbki z płaskiej komórki, przepłukać komórkę wodą demineralizowaną i wytrawić matrycę w kwasie chromowo-fosforowym w temperaturze 60 °C przez 1 godzinę, wlewając gorący wytrawiacz do komórki.</li>
</ol>
Uwaga: Temperatura wytrawiacza natychmiast zacznie spadać po jego wlaniu do komórki. W związku z tym czas trawienia wydłuża się z 30 minut do 1 godziny dla próbek folii, aby upewnić się, że cała utleniona folia została usunięta.
<ol start="5">
	<li>Ponownie przepłukać ogniwo i anodować po raz drugi w tych samych warunkach, co pierwsze; przez 4 minuty, używając 3% kwasu szczawiowego przy polaryzacji 30 V DC.</li>
	<li>Powtórzyć krok (2.4). Nie wyjmując próbki z płaskiej komórki, przepłukać komórkę wodą demineralizowaną i wytrawić matrycę w kwasie chromowo-fosforowym w temperaturze 60 °C przez 1 godzinę, wlewając gorący wytrawiacz do komórki.</li>
	<li>Wypłucz ogniwo po raz ostatni i wykonaj trzeci (i ostatni) etap anodowania, używając 3% kwasu szczawiowego przy napięciu 30 V DC. Monitoruj prąd systemu, aby określić, kiedy należy się zatrzymać.</li>
</ol>
Uwaga: Prąd musi być monitorowany podczas końcowej anodyzacji. Po pierwszych kilku sekundach prąd stabilizuje się na poziomie około 1-2 mA. Oznacza to, że odbywa się równomierna anodowanie. Gdy proces anodowania zużyje pozostałe aluminium, roztwór elektrolitu (3% kwas szczawiowy) wejdzie w kontakt z leżącą pod spodem warstwą złota, co spowoduje gwałtowny wzrost prądu anodowania (rysunek 3). W tym momencie anodowanie zostaje zatrzymane. Czas powinien wynosić mniej więcej około 4 minut. Ten wzrost prądu nie jest obserwowany w próbkach foliowych (rysunek 3), ponieważ jednolita warstwa barierowa oddziela roztwór od podłoża metalowego.
<ol start="8">
	<li>Wykonaj etap rozszerzania porów, podobny do protokołu próbki foliowej, zanurzając matrycę w 5% kwasie fosforowym w temperaturze pokojowej na 40 minut.</li>
</ol>
Uwaga: To poszerzy pory, ale ponieważ proces anodowania przeniknął przez warstwę barierową, nie ma już żadnej cienkiej powłoki. Rysunek 4 przedstawia warstwową strukturę podłoża szklanego / 20 nm TiO2 / 7 nm Au / 500 nm porowaty Al2O3 bez warstwy barierowej i porów wyraźnie odsłoniętych na cienką warstwę Au znajdującą się pod spodem. Rysunki 5a i 5b pokazują puste szablony AAO odpowiednio na podłożach foliowych i szklanych.
3. Wirówka wspomagana wzrostem małych molekularnych nanodrutów organicznych w porach szablonu AAO
<ol>
	<li>Przygotować nasycony roztwór drobnocząsteczkowego materiału organicznego w odpowiednim rozpuszczalniku.</li>
</ol>
Uwaga: Następujące cząsteczki organiczne i rozpuszczalniki zostały użyte: rubren w acetonie, Alq3 w chloroformie i PCBM w toluenie. Od tego momentu PCBM jest określany jako cząsteczka będąca przedmiotem zainteresowania.
<ol start="2">
	<li>Załaduj szablony na dno probówki wirówki tak, aby anodowany obszar był skierowany w stronę górnej części probówki. Probówka musi być wystarczająco duża, aby zmieściła się w niej próbka.</li>
</ol>
Uwaga: W przypadku próbek foliowych pomocne jest użycie płytki o podobnym rozmiarze, aby podeprzeć folię i zapobiec jej zginaniu podczas wirowania, jak opisano poniżej. Rysunek 2 przedstawia schematyczny opis sposobu montażu próbki w wirówce.
<ol start="3">
	<li>Użyj pipety, aby napełnić probówkę wystarczającą ilością roztworu PCBM, tak aby szablon był całkowicie zanurzony.</li>
	<li>Załaduj probówkę do wirówki i pracuj przez 5 minut z prędkością 6,000 obr./min.</li>
</ol>
Uwaga: Jeśli próbki były zamontowane w probówce pod kątem, upewnij się, że probówka jest zamontowana w taki sposób, że anodowana powierzchnia jest skierowana w stronę środka wirówki (Rysunek 2).
<ol start="5">
	<li>Gdy wirówka się zatrzyma, rozładuj probówki i wylej roztwór PCBM z probówek.</li>
	<li>Wyjmij szablony z probówek lub pozostaw je na dnie na ~1 minutę do wyschnięcia.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 3.2-3.6, aby wykonać łącznie 5-10 cykli wirowania.</li>
</ol>
Uwaga: W sytuacjach, w których mała cząsteczka jest słabo rozpuszczalna w rozpuszczalniku, więcej wirówek pomoże zdeponować więcej materiału w nanoporach.
<ol start="8">
	<li>Usuń próbkę z dna probówki i użyj bawełnianego wacika nasączonego toluenem (lub odpowiednim rozpuszczalnikiem), aby delikatnie oczyścić powierzchnię szablonu, usuwając wszelki materiał, który pozostał na powierzchni szablonu.</li>
</ol>

<ol><li>Martin, C. R. Nanomaterials: a membrane-based synthetic approach. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMartin%2C+CR+%22Science%22">Science</a>. , (1994).</li>
<li>Pramanik, S., Kanchibotla, B., Sarkar, S., Tepper, G., Bandyopadhyay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Self-Assembly+of+Nanostructures%3A+Fabrication+and+Device+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Encyclopedia+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Self-Assembly of Nanostructures: Fabrication and Device Applications.</a> Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. 13, 273-332 (2011).</li>
<li>Kanchibotla, B., Pramanik, S., Bandyopadhyay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+nanostructures+using+nanoporous+alumina+template%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+and+Molecular+Electronics+Handbook%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of nanostructures using nanoporous alumina template.</a> Nano and Molecular Electronics Handbook. Chapter 9, (2007).</li>
<li>Pramanik, S., Stefanita, C. -G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+extremely+long+spin+relaxation+times+in+an+organic+nanowire+spin+valve%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nano%22%5BJournal%5D)">Observation of extremely long spin relaxation times in an organic nanowire spin valve.</a> Nat. Nano. 2 (4), 216-219 (2007).</li>
<li>Alam, K. M., Bodepudi, S. C., Starko-Bowes, R., Pramanik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suppression+of+spin+relaxation+in+rubrene+nanowire+spin+valves%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Suppression of spin relaxation in rubrene nanowire spin valves.</a> Applied Physics Letters. 101 (19), 192403(2012).</li>
<li>Alam, K. M., Singh, A. P., Starko-Bowes, R., Bodepudi, S. C., Pramanik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Template-Assisted+Synthesis+of+%CF%80-Conjugated+Molecular+Organic+Nanowires+in+the+Sub-100+nm+Regime+and+Device+Implications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Template-Assisted Synthesis of π-Conjugated Molecular Organic Nanowires in the Sub-100 nm Regime and Device Implications.</a> Advanced Functional Materials. 22 (15), 3298-3306 (2012).</li>
<li>Zhang, D., Luo, L., Liao, Q., Wang, H., Fu, H., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polypyrrole%2FZnS+Core%2FShell+Coaxial+Nanowires+Prepared+by+Anodic+Aluminum+Oxide+Template+Methods%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Polypyrrole/ZnS Core/Shell Coaxial Nanowires Prepared by Anodic Aluminum Oxide Template Methods.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 115 (5), 2360-2365 (2011).</li>
<li>Kim, F. S., Ren, G., Jenekhe, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-Dimensional+Nanostructures+of+%CF%80-Conjugated+Molecular+Systems%3A+Assembly%2C+Properties%2C+and+Applications+from+Photovoltaics%2C+Sensors%2C+and+Nanophotonics+to+Nanoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">One-Dimensional Nanostructures of π-Conjugated Molecular Systems: Assembly, Properties, and Applications from Photovoltaics, Sensors, and Nanophotonics to Nanoelectronics.</a> Chem. Mater. 23 (3), 682-732 (2010).</li>
<li>Brock, T. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrock%2C+TD+%22Membrane+filtration%3A+a+user%27s+guide+and+reference+manual%22">Membrane filtration: a user's guide and reference manual</a>. , Science Tech. (1983).</li>
<li>Valizadeh, S., George, J., Leisner, P., Hultman, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+deposition+of+Co+nanowire+arrays%3B+quantitative+consideration+of+concentration+profiles%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Electrochemical deposition of Co nanowire arrays; quantitative consideration of concentration profiles.</a> Electrochimica Acta. 47 (6), 865-874 (2001).</li>
<li>Nasirpouri, F., Southern, P., Ghorbani, M., Iraji zad, A., Schwarzacher, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GMR+in+multilayered+nanowires+electrodeposited+in+track-etched+polyester+and+polycarbonate+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials%22%5BJournal%5D)">GMR in multilayered nanowires electrodeposited in track-etched polyester and polycarbonate membranes.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 308 (1), 35-39 (2007).</li>
<li>Diggle, J. W., Downie, T. C., Goulding, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anodic+oxide+films+on+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Anodic oxide films on aluminum.</a> Chemical Reviews. 69 (3), 365-405 (1969).</li>
<li>Steinhart, M., Wehrspohn, R. B., Gösele, U., Wendorff, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotubes+by+Template+Wetting%3A+A+Modular+Assembly+System%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Nanotubes by Template Wetting: A Modular Assembly System.</a> Angewandte Chemie International Edition. 43 (11), 1334-1344 (2004).</li>
<li>Al-Kaysi, R. O., Ghaddar, T. H., Guirado, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+One-Dimensional+Organic+Nanostructures+Using+Anodic+Aluminum+Oxide+Templates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Fabrication of One-Dimensional Organic Nanostructures Using Anodic Aluminum Oxide Templates.</a> Journal of Nanomaterials. 2009, 1-14 (2009).</li>
<li>Lee, J. W., Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-Emitting+Rubrene+Nanowire+Arrays%3A+A+Comparison+with+Rubrene+Single+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Light-Emitting Rubrene Nanowire Arrays: A Comparison with Rubrene Single Crystals.</a> Advanced Functional Materials. 19 (5), 704-710 (2009).</li>
<li>Pramanik, S., Bandyopadhyay, S., Garre, K., Cahay, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normal+and+inverse+spin-valve+effect+in+organic+semiconductor+nanowires+and+the+background+monotonic+magnetoresistance%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Normal and inverse spin-valve effect in organic semiconductor nanowires and the background monotonic magnetoresistance.</a> Physical Review B. 74 (23), 235329(2006).</li>
<li>Alam, K. M., Pramanik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-field+magnetoresistance+in+nanowire+organic+spin+valves%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">High-field magnetoresistance in nanowire organic spin valves.</a> Physical Review B. 83 (24), 245206(2011).</li>
<li>Alam, K. M., Singh, A. P., Bodepudi, S. C., Pramanik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+hexagonally+ordered+nanopores+in+anodic+alumina%3A+An+alternative+pretreatment%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Fabrication of hexagonally ordered nanopores in anodic alumina: An alternative pretreatment.</a> Surface Science. 605 (3-4), 441-449 (2011).</li>
<li>Masuda, H., Hasegwa, F., Ono, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Ordering+of+Cell+Arrangement+of+Anodic+Porous+Alumina+Formed+in+Sulfuric+Acid+Solution%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Self-Ordering of Cell Arrangement of Anodic Porous Alumina Formed in Sulfuric Acid Solution.</a> Journal of The Electrochemical Society. 144 (5), L127-L130 (1997).</li>
<li>Stec, H. M., Williams, R. J., Jones, T. S., Hatton, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+Transparent+Au+Electrodes+for+Organic+Photovoltaics+Fabricated+Using+a+Mixed+Mono-Molecular+Nucleation+Layer%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Ultrathin Transparent Au Electrodes for Organic Photovoltaics Fabricated Using a Mixed Mono-Molecular Nucleation Layer.</a> Advanced Functional Materials. 21 (9), 1709-1716 (2011).</li>
<li>Schettino, V., Pagliai, M., Ciabini, L., Cardini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Vibrational+Spectrum+of+Fullerene+C60%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">The Vibrational Spectrum of Fullerene C60.</a> J. Phys. Chem. A. 105, 11192-11196 (2001).</li>
<li>Lee, Y., Lee, S., Kim, K., Lee, J., Han, K., Kim, J., Joo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+nanoparticle+of+organic+p-type+and+n-type+hybrid+materials%3A+nanoscale+phase+separation+and+photovoltaic+effect%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Single nanoparticle of organic p-type and n-type hybrid materials: nanoscale phase separation and photovoltaic effect.</a> J. Mater. Chem. 22, 2485-2490 (2012).</li>
<li>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).</li>
<li>Vlad, A., Melinte, S., Mátéfi-Tempfli, M., Piraux, L., Mátéfi-Tempfli, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+Nanowire+Architectures%3A+Statistical+Processing+of+Porous+Templates+Towards+Discrete+Nanochannel+Integration%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Vertical Nanowire Architectures: Statistical Processing of Porous Templates Towards Discrete Nanochannel Integration.</a> Small. 6 (18), 1974-1980 (2010).</li>
<li>Jo, S. H., Kim, K. -H., Lu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Density+Crossbar+Arrays+Based+on+a+Si+Memristive+System%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">High-Density Crossbar Arrays Based on a Si Memristive System.</a> Nano Letters. 9 (2), 870-874 (2009).</li>
<li>Haberkorn, N., Gutmann, J. S., Theato, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Template-Assisted+Fabrication+of+Free-Standing+Nanorod+Arrays+of+a+Hole-Conducting+Cross-Linked+Triphenylamine+Derivative%3A+Toward+Ordered+Bulk-Heterojunction+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Template-Assisted Fabrication of Free-Standing Nanorod Arrays of a Hole-Conducting Cross-Linked Triphenylamine Derivative: Toward Ordered Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> ACS Nano. 3 (6), 1415-1422 (2009).</li>
<li>Aryal, M., Buyukserin, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imprinted+large-scale+high+density+polymer+nanopillars+for+organic+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%3A+Microelectronics+and+Nanometer+Structures%22%5BJournal%5D)">Imprinted large-scale high density polymer nanopillars for organic solar cells.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 26 (6), 2562(2008).</li>
<li>Lee, J. H., Kim, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+solar-cell+efficiency+in+bulk-heterojunction+polymer+systems+obtained+by+nanoimprinting+with+commercially+available+AAO+membrane+filters%5BTitle%5D)+AND+%22Small+%28Weinheim+an+Der+Bergstrasse%2C+Germany%29%22%5BJournal%5D)">Enhanced solar-cell efficiency in bulk-heterojunction polymer systems obtained by nanoimprinting with commercially available AAO membrane filters.</a> Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany). 5 (19), 2139-2143 (2009).</li>
<li>Allen, J. E., Black, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+Power+Conversion+Efficiency+in+Bulk+Heterojunction+Organic+Solar+Cells+with+Radial+Electron+Contacts%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Improved Power Conversion Efficiency in Bulk Heterojunction Organic Solar Cells with Radial Electron Contacts.</a> ACS Nano. 5 (10), 7986-7991 (2011).</li>
<li>Slota, J. E., He, X., Huck, W. T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+nanoscale+morphology+in+polymer+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Controlling nanoscale morphology in polymer photovoltaic devices.</a> Nano Today. 5 (3), 231-242 (2010).</li>
<li>Chidichimo, G., Filippelli, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+Solar+Cells%3A+Problems+and+Perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Organic Solar Cells: Problems and Perspectives.</a> International Journal of Photoenergy. 2010, 1-11 (2010).</li>
<li>O'Carroll, D. M., Fakonas, J. S., Callahan, D. M., Schierhorn, M., Atwater, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-Polymer-Metal+Split-Dipole+Nanoantennas%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Metal-Polymer-Metal Split-Dipole Nanoantennas.</a> Advanced Materials. 24 (23), (2012).</li>
<li>Zheng, J. Y., Yan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+Peroxide+Vapor+Sensing+with+Organic+Core%2FSheath+Nanowire+Optical+Waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogen Peroxide Vapor Sensing with Organic Core/Sheath Nanowire Optical Waveguides.</a> Advanced Materials. 24 (35), (2012).</li>
<li>Zhang, L., Meng, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+ammonia+sensor+based+on+high+density%2C+small+diameter+polypyrrole+nanowire+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">A novel ammonia sensor based on high density, small diameter polypyrrole nanowire arrays.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 142 (1), 204-209 (2009).</li>
<li>Cui, Q. H., Jiang, L., Zhang, C., Zhao, Y. S., Hu, W., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coaxial+Organic+p-n+Heterojunction+Nanowire+Arrays%3A+One-Step+Synthesis+and+Photoelectric+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Coaxial Organic p-n Heterojunction Nanowire Arrays: One-Step Synthesis and Photoelectric Properties.</a> Advanced Materials. 24 (17), 2332-2336 (2012).</li>
<li>Duvail, J. L., Long, Y., Cuenot, S., Chen, Z., Gu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+electrical+properties+of+conjugated+polymer+nanowires+with+the+diameter%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Tuning electrical properties of conjugated polymer nanowires with the diameter.</a> Applied Physics Letters. 90, 102114(2007).</li>
<li>Briseno, A. L., Mannsfeld, S. C. B., Jenekhe, S. A., Bao, Z., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Introducing+organic+nanowire+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Introducing organic nanowire transistors.</a> Materials Today. 11 (4), 38-47 (2008).</li>
<li>Kippelen, B., Brédas, J. -L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Organic photovoltaics.</a> Energy & Environmental Science. 2 (3), 251-261 (2009).</li>
<li>Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+polymer-based+organic+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Conjugated polymer-based organic solar cells.</a> Chemical Reviews. 107 (4), 1324-1338 (2007).</li>
<li>Coakley, K. M., McGehee, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Photovoltaic+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Photovoltaic Cells.</a> Chem. Mater. 16 (23), 4533-4542 (2004).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Fizyczny obraz wzrostu nanoprzewodów
Po pierwsze, ważne jest, aby w pełni zrozumieć metodę wzrostu nanodrutów organicznych. Kiedy już wiemy dokładnie, w jaki sposób rosną i tworzą się w porach, możemy wykorzystać tę metodę osadzania do projektowania nanostruktur, urządzeń i materiałów. W przeszłości nanodruty polimerowe były wytwarzane przy użyciu procedury zwilżania matrycy bez pomocy wirówki, ale w przypadku niektórych materiałów, takich jak małe cząsteczki organiczne, okazało się, że jest to ...

Metoda wspomagana szablonem jest powszechnie stosowana do wytwarzania pionowo zorientowanych układów nanoprzewodów 1-3. Metoda ta pozwala na proste wytwarzanie złożonych geometrii nanoprzewodów, takich jak osiowo 4-6 lub promieniowo 7 heterostrukturyzowanych supersieci nanodrutowych, które są często pożądane w różnych zastosowaniach elektronicznych i optycznych. Ponadto jest to tania, oddolna metoda nanosyntezy o wysokiej przepustowości i wszechstronności. W rezultacie, metody ukierunkowane na szablony zyskały ogromną popularność wśród badaczy na całym świecie 2,3.
Podstawowa idea "metody kierowanej szablonem" jest następująca. Najpierw wytwarzany jest szablon, który zawiera szereg pionowo zorientowanych cylindrycznych nanoporów. Następnie pożądany materiał jest osadzany w nanoporach, aż pory zostaną wypełnione. W rezultacie pożądany materiał przyjmuje morfologię porów i tworzy układ nanodrutowy umieszczony w szablonie. Na koniec, w zależności od aplikacji docelowej, szablon hosta może zostać usunięty. Niszczy to jednak również porządek pionowy. Geometria i wymiary końcowych nanostruktur naśladują morfologię porów, a zatem synteza matrycy gospodarza jest krytyczną częścią procesu wytwarzania.
Różne typy nanoporowatych szablonów zostały opisane w literaturze 8. Do najczęściej stosowanych szablonów należą (a) polimerowe membrany trawione ścieżkowanie, (b) kopolimery blokowe i (c) anodowe szablony z tlenku glinu (AAO). Aby wytworzyć polimerowe membrany wytrawione śladami, folia polimerowa jest napromieniowywana jonami o wysokiej energii, które całkowicie wnikają w folię i pozostawiają utajone ślady jonów w folii masowej 9. Ścieżki są następnie selektywnie wytrawiane w celu utworzenia kanałów o rozmiarach nano w folii polimerowej 9. Nanometryczne kanały można dodatkowo poszerzyć za pomocą odpowiedniego etapu trawienia. Kluczowymi problemami związanymi z tą metodą są: niejednorodność nanokanałów, brak kontroli lokalizacji, niejednorodna względna odległość między kanałami, niska gęstość (liczba kanałów na jednostkę powierzchni ~108/cm2) oraz źle uporządkowana struktura porowata 1. W metodzie kopolimeru blokowego najpierw tworzony jest podobny cylindryczny nanoporowaty szablon, a następnie rośnie pożądany materiał w porach 8.
W przeszłości metody (a) i (b) wymienione powyżej były używane do wytwarzania nanodrutów polimerowych 8. Jednak metody te mogą nie być odpowiednie do syntezy nanodrutów dowolnego materiału organicznego ze względu na potencjalny brak selektywnego trawienia podczas etapów przetwarzania końcowego. Przetwarzanie końcowe zazwyczaj polega na usunięciu szablonu hosta, co w przypadku wyżej wymienionych szablonów wymagałoby rozpuszczalników organicznych. Takie rozpuszczalniki mogą mieć szkodliwy wpływ na właściwości strukturalne i fizyczne organicznych nanodrutów. Jednak te matryce działają jako idealni gospodarze dla nieorganicznych nanodrutów, takich jak kobalt 10, nikiel, miedź i wielowarstwy metaliczne 11, które pozostają nienaruszone w procesie trawienia, który usuwa gospodarza polimerowego. Innym potencjalnym wyzwaniem dla wyżej wymienionych metod jest słaba stabilność termiczna macierzy gospodarza w wyższych temperaturach. Wyżarzanie w wysokiej temperaturze jest często wymagane w celu poprawy krystaliczności nanodrutów organicznych, co wskazuje na konieczność dobrej stabilności termicznej matrycy gospodarza.
Kontrolowane elektrochemiczne utlenianie aluminium (znane również jako "anodowanie" aluminium) jest dobrze znanym procesem przemysłowym i jest powszechnie stosowane w przemyśle samochodowym, kuchennym, lotniczym i innych do ochrony powierzchni aluminium przed korozją 12. Charakter utlenionego aluminium (lub "anodowego tlenku glinu") zależy w decydującym stopniu od pH elektrolitu używanego do anodowania. W przypadku zastosowań odpornych na korozję anodowanie jest zwykle wykonywane za pomocą słabych kwasów (pH ~ 5-7), które tworzą zwartą, nieporowatą, "barierową" warstwę tlenku glinu 12. Jeśli jednak elektrolit jest silnie kwaśny (pH < 4), tlenek staje się "porowaty" z powodu miejscowego rozpuszczania tlenku przez jony H+. Lokalne pole elektryczne w poprzek tlenku określa lokalne stężenie jonów H+, a zatem wstępne modelowanie powierzchni przed anodyzacją zapewnia pewną kontrolę nad końcową porowatą strukturą. Pory są cylindryczne, o małej średnicy (~10-200 nm), dlatego takie nanoporowate anodowe warstwy tlenku glinu są w ostatnich latach szeroko stosowane do syntezy nanodrutów z różnych materiałów 2,3.
Nanoporowate szablony z anodycznego tlenku glinu oferują lepszą stabilność termiczną, wysoką gęstość porów, długość dalekiego zasięgu oraz doskonałą możliwość dostrajania średnicy porów, długości, separacji między porami i gęstości porów dzięki rozsądnemu doborowi parametrów anodowania, takich jak pH elektrolitu i napięcie anodowania 2,3. Z tych powodów wybieramy szablony AAO jako macierz gospodarza dla organicznego wzrostu nanoprzewodów. Ponadto tlenki nieorganiczne, takie jak tlenek glinu, mają wysoką energię powierzchniową, ułatwiając w ten sposób równomierne rozprowadzanie roztworu organicznego (niska energia powierzchniowa) na powierzchni tlenku glinu 13. Ponadto naszym celem jest wyhodowanie tych nanoprzewodów bezpośrednio na przewodzącym i/lub przezroczystym podłożu. W rezultacie pory są zamknięte na dolnym końcu, co wymaga dodatkowego rozważenia, jak opisujemy poniżej. Wzrost nanodrutów w szablonie z porami przechodzącymi, a następnie transfer na pożądane podłoże jest często niepożądany ze względu na niską jakość interfejsu, a metoda ta nie jest nawet wykonalna w przypadku krótkich nanodrutów (lub cienkich szablonów) ze względu na słabą stabilność mechaniczną cienkich szablonów.
π-sprzężone materiały organiczne można ogólnie podzielić na dwie kategorie: (a) długołańcuchowe polimery sprzężone i (b) półprzewodniki organiczne o małej masie cząsteczkowej. Wiele grup donosiło w przeszłości o syntezie długołańcuchowych nanodrutów polimerowych w cylindrycznych nanoporach matrycy AAO. Obszerny przegląd na ten temat jest dostępny w refs 8,14. Jednak synteza nanodrutów ważnych komercyjnie drobnocząsteczkowych substancji organicznych (takich jak rubren, glino tris-8-hydroksychinolina (Alq3) i PCBM) w AAO jest niezwykle rzadka. Fizyczne osadzanie się rubrenu i Alq3 z fazy gazowej w nanoporach matrycy AAO zostało zgłoszone przez kilka grup 4,15-17. Jednak tylko cienka warstwa (~30 nm) substancji organicznych może zostać osadzona w porach (średnica ~50 nm), a długotrwałe osadzanie ma tendencję do blokowania wejścia do porów 4,16,17. Całkowite wypełnienie porów można osiągnąć tą metodą, jeśli średnica porów jest wystarczająco duża (~200 nm) 15. Dlatego ważne jest, aby znaleźć alternatywną metodę, która ma zastosowanie do średnic porów w zakresie poniżej 100 nm.
Innym podejściem, które zostało użyte dla niektórych innych drobnocząsteczkowych substancji organicznych, jest tak zwana metoda "zwilżania matrycy" 8,14. Jednak w większości doniesień zastosowano grube szablony komercyjne (~50 μm) z obustronnie otwartymi porami i dużą średnicą (~200 nm). Metoda ta nie doprowadziła do wytworzenia nanodrutów w jednostronnie zamkniętych porach, jak wspomniano wcześniej, prawdopodobnie ze względu na obecność uwięzionych kieszeni powietrznych w porach, co zapobiega infiltracji roztworu w porach. Wcześniej informowaliśmy o nowatorskiej metodzie, która pokonuje te wyzwania i umożliwia wzrost małocząsteczkowych organicznych macierzy nanodrutów o dowolnych wymiarach na dowolnym pożądanym podłożu. W dalszej części opiszemy szczegółowy protokół, potencjalne ograniczenia i przyszłe modyfikacje.

<table><tbody><tr><td colspan="4"><silne>odczynniki</td></tr><tr><td>toluen</td><td>Fisher Scientific</td><td>T324-4</td><td></td></tr><tr><td>68% kwas azotowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A200-212</td><td></td></tr><tr><td>85% kwas fosforowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A242-4</td><td></td></tr><tr><td>10% kwas chromowy</td><td>RICCA Chemical Company</td><td>2077-32</td><td></td></tr><tr><td>10% kwas szczawiowy</td><td>Alfa Aesar</td><td>FW.90.04</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Fisher Scientific</td><td>C607-4</td><td></td></tr><tr><td>Blachy</td><td>aluminiowe Alfa Aesar</td><td>7429-90-5</td><td></td></tr><tr><td>PCBM</td><td>Nano-C</td><td>Nano-CPCBM-BF</td><td></td></tr><tr><td>Alq3</td><td>Sigma Aldrich</td><td>444561-5G</td><td></td></tr><tr><td>Rubrene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>551112-1G</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>FlexAL Atomowe osadzanie warstw (ALD)</td><td>Instrumenty</td><td></td> Oxford <td>do osadzania systemu napylania TiO2</td></tr><tr><td>PVD</td><td>Kurt J. Lesker</td><td></td><td>Do osadzania Au i Al</td></tr><tr><td>Flat Cell</td><td>Princeton Applied Research</td><td>K0235</td><td>Do anodowania</td></tr><tr><td>wirówki</td> Al <td>HERMLE Labnet</td><td>Z206 A</td><td>Do osadzania nanodrutów organicznych</td></tr></tbody></table>

układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

W ostatnich latach π sprzężone półprzewodniki organiczne pojawiły się jako materiał aktywny w wielu różnych zastosowaniach, w tym w wielkopowierzchniowych, tanich wyświetlaczach, fotowoltaice, drukowanej i elastycznej elektronice oraz organicznych zaworach spinowych. Substancje organiczne umożliwiają (a) tanie przetwarzanie w niskiej temperaturze oraz (b) projektowanie na poziomie molekularnym charakterystyki transportu elektronicznego, optycznego i spinowego. Takie cechy nie są łatwo dostępne dla głównych półprzewodników nieorganicznych, które umożliwiły organikom organicznym wyrzeźbienie niszy na rynku elektroniki zdominowanym przez krzem. Pierwsza generacja urządzeń na bazie organicznej koncentrowała się na geometriach cienkowarstwowych, wyhodowanych przez fizyczne osadzanie z fazy gazowej lub przetwarzanie roztworu. Zdano sobie jednak sprawę, że nanostruktury organiczne mogą być wykorzystywane do zwiększenia wydajności wyżej wymienionych zastosowań i włożono znaczne wysiłki w badanie metod wytwarzania nanostruktur organicznych.	
Szczególnie interesującą klasą organicznych nanostruktur jest ta, w której pionowo zorientowane organiczne nanodruty, nanopręty lub nanorurki są zorganizowane w dobrze zorganizowany układ o dużej gęstości. Takie struktury są bardzo wszechstronne i są idealnymi architekturami morfologicznymi do różnych zastosowań, takich jak czujniki chemiczne, nanoanteny z dzielonym dipolem, urządzenia fotowoltaiczne z promieniście heterostrukturalnymi nanodrutami typu "rdzeń-powłoka" oraz urządzenia pamięci o geometrii punktu krzyżowego. Taka architektura jest na ogół realizowana przez podejście ukierunkowane na szablony. W przeszłości metoda ta była stosowana do hodowli metalowych i nieorganicznych układów nanoprzewodów półprzewodnikowych. Ostatnio π sprzężone nanodruty polimerowe zostały wyhodowane w nanoporowatych szablonach. Podejścia te odniosły jednak ograniczony sukces w hodowli nanodrutów z ważnych technologicznie π sprzężonych substancji organicznych o małej masie cząsteczkowej, takich jak tris-8-hydroksychinolina glinu (Alq3), rubren i metaanofullereny, które są powszechnie stosowane w różnych obszarach, w tym w wyświetlaczach organicznych, fotowoltaice, tranzystorach cienkowarstwowych i spintronice.	
Ostatnio udało nam się rozwiązać wyżej wymieniony problem, stosując nowatorskie podejście "wspomagane wirowaniem". Metoda ta poszerza zatem spektrum materiałów organicznych, które można ułożyć w pionowo uporządkowany układ nanoprzewodów. Ze względu na technologiczne znaczenie Alq3, rubrenu i metanofulerenów, nasza metoda może być wykorzystana do zbadania, w jaki sposób nanostrukturyzacja tych materiałów wpływa na wydajność wyżej wymienionych urządzeń organicznych. Celem tego artykułu jest opisanie szczegółów technicznych wyżej wymienionego protokołu, pokazanie, w jaki sposób proces ten można rozszerzyć na hodowlę małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach i wreszcie omówienie krytycznych kroków, ograniczeń, możliwych modyfikacji, rozwiązywania problemów i przyszłych zastosowań.

Jak wynika z poniższych rycin (Rycina 5 oraz 6), ta metoda odlewania kropel wspomagana wirówką pozwala na otrzymanie ciągłych nanodrutów. Nanodruty, wytworzone wewnątrz porów matrycy AAO, są wyrównane pionowo, jednorodne i odizolowane elektrycznie od siebie, z zamkniętymi końcami dolnymi. Średnica nanodrutów jest określona przez średnicę porów w matrycy. Mogą być one z sukcesem wytwarzane na kilku różnych podłożach, co stwarza potencjał do zastosowania tych struktur w wielu urządzeniach ...

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wytworzenie macierzy pionowo wyrównanych organicznych nanodrutów wewnątrz porowatego szablonu. Osiąga się to poprzez wstępne przygotowanie podłoża do anodowania, polegające na wypolerowaniu powierzchni folii aluminiowej lub osadzeniu cienkiej warstwy aluminium na dowolnym podłożu. Drugim krokiem jest anodowanie wypolerowanej folii aluminiowej lub cienkiej warstwy aluminium osadzonej na dowolnym podłożu.Ostatnim krokiem jest osadzanie materiału organicznego w porach szablonu przy użyciu nowatorskiej metody wypełniania szablonu wspomaganego wirowaniem. Ostatecznie zastosowano skaningową mikroskopię elektronową, aby wykazać obecność organicznych nanodrutów wewnątrz porów szablonu z anodowego tlenku glinu. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy napotkałem trudności z wypełnianiem porów szablonów anodowych metodami tradycyjnego zwilżania.Zdecydowałem się wykorzystać siłę odśrodkową wirówki, aby wymusić lub wspomóc penetrację roztworu w pory. Najpierw należy wyciąć arkusze z wysokiej czystości niepolerowanego aluminium o wymiarach około 2 cm na 2 cm i grubości 250 µm, a następnie zanurzyć niewielką liczbę arkuszy w zlewce z trawiącym kwasem azotowo-fosforowym w temperaturze 80 °C na pięć minut. Po trawieniu należy zneutralizować folie, zanurzając je w wodzie, a następnie umieszczając w 1 M wodorotlenku sodu na 20 minut. Następnie folie należy wypłukać wodą jonizowaną.Następnie załaduj wypolerowane arkusze aluminium do płaskich ogniw i napełnij je 3% kwasem szczawiowym. Następnie anoduj arkusze przez 15 minut przy napięciu stałym 40 V. Po anodowaniu zanurz próbkę w zlewce z trawiącym kwasem chromowo-fosforowym w temperaturze 60 °C przez około 30 minut. Aby usunąć początkową warstwę tlenku, ponownie ustaw folię w płaskim ogniwie tak, aby ten sam obszar, który został wcześniej anodowany, był ponownie wystawiony na działanie elektrolitu.Powtórz proces anodowania w 3% kwasie szczawiowym przez 2,5 minuty przy napięciu 40 V prądu stałego. Zanurz matrycę AAO w 5% kwasie fosforowym w temperaturze pokojowej, aby odchudzić warstwę barierową na dnie nanoporów i zwiększyć średnicę nanoporów do około 60 do 70 nanometrów. Po 40 minutach wyjmij matrycę z zlewki i opłucz ją wodą jonizowaną. Następnie sekwencyjnie nanieś poniższy system wielowarstwowy na czyste szkło.Nanieś 20 nanometrów dwutlenku tytanu metodą osadzania warstw atomowych, siedem nanometrów złota metodą rozpylania oraz jeden mikrometr aluminium metodą rozpylania. Po wyjęciu próbek z komory próżniowej przymocuj elektrodę foliową do powierzchni cienkiej warstwy aluminium przeznaczonej do anodowania. Używając przewodzącego epoksydu srebrowego, umieść próbkę w płaskiej celi i wypełnij ją 3% kwasem szczawiowym.Następnie przeprowadź anodowanie cienkiej warstwy aluminium przez cztery minuty przy napięciu stałym 30 V, nie wyjmując próbki z celi płaskiej. Przepłucz celę wodą dejonizowaną. Wlej do celi płaskiej roztwór chromowo-fosforowego kwasu trawiącego o temperaturze 60 °C i odstaw na jedną godzinę.Następnie powtórzyć etapy anodowania i trawienia zgodnie z wcześniej opisanymi warunkami. Po przepłukaniu wodą dejonizowaną, napełnić ogniwo 3% kwasem szczawiowym i przeprowadzić końcowe anodowanie w tych samych warunkach co poprzednio. Monitorować natężenie prądu w układzie i przerwać proces anodowania w momencie zaobserwowania gwałtownego wzrostu natężenia prądu.Następnie przeprowadź etap poszerzania porów poprzez zanurzenie matrycy w 5% kwasie fosforowym w temperaturze pokojowej. Po 40 minutach wyjmij matrycę z zlewki i wypłucz ją wodą dejonizowaną. Umieść matryce na dnie probówki do wirówki w taki sposób, aby obszar anodowany był skierowany ku górze probówki.Za pomocą pipety napełnij probówki roztworem PCBM w ilości wystarczającej do całkowitego zanurzenia każdego szablonu. Następnie umieść probówki w wirówce i wiruj przez pięć minut przy 6, 000 RPM. Po zatrzymaniu wirówki wyjmij probówki i odlej roztwór PCBM.Wyjmij matryce z probówek i odstaw je do wyschnięcia. Powtórz poprzednie kroki, aż zostanie wykonanych łącznie od 5 do 10 cykli wirowania. Na koniec wyjmij każdą próbkę z dna probówek i użyj nasączonego toluenem patyczka higienicznego, aby delikatnie oczyścić powierzchnię, co zostało przedstawione na widocznych tutaj obrazach.Ta metoda odlewania kropelkowego wspomagana wirówką pozwala na otrzymanie ciągłych nanowłókien. Nanowłókna wytworzone w porach szablonu Al₂O₃ są wyrównane pionowo, jednorodne i odizolowane elektrycznie od siebie, z zamkniętymi końcami dolnymi. Metodę tę można z powodzeniem zastosować na kilku różnych podłożach, co otwiera możliwość wykorzystania tych struktur w wielu różnych urządzeniach.Aby dodatkowo zweryfikować, że materiałem wewnątrz porów jest PCBM, przeprowadzono spektroskopię Ramanowską szablonów polowych nanodrutów. Dane ramanowskie porównano ze spektrami cienkich warstw PCBM oraz fulerenów dostępnymi w literaturze. Odnotowano piki przy 1430, 1463 oraz 1577 cm⁻¹, które odpowiadają odpowiednio modom T1, U4 a G2 oraz HG8.Wartości te są zgodne z danymi literaturowymi wynoszącymi 1429, 1470 i 1575 cm⁻¹ dla czystego PCBM w odniesieniu do tych samych modów. Ponadto wykazuje to, że geometria nanodrutów nie powoduje istotnego przesunięcia piku Ramanowskiego i potwierdza obecność nanodrutów PCBM wewnątrz porów. Przed przystąpieniem do tej procedury można zastosować inne metody, takie jak elektroosadzanie metalicznych nanodrutów lub napylanie cienkich warstw metali, w celu wytworzenia urządzeń do zastosowań w spintronice, optoelektronice, fotowoltaice, sensorach chemicznych oraz metamateriałach.

ultrahigh-density-array-vertically-aligned-small-molecular-organic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ultrawysoka gęstość układu pionowo wyrównane małocząsteczkowe organiczne nanodrutu na dowolnych podłożach

Opisano wytwarzanie elektrycznie adresowalnych, o wysokim współczynniku proporcji (&gt; 1000:1) metalowych nanodrutów oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów przy użyciu albo warstw protektorowych aluminium i srebra, albo samoorganizujących się monowarstw jako szablonów. Te struktury nanoszczelinowe są wytwarzane bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów litograficznych wykorzystujących wiązkę foto- lub elektronów za pomocą litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving.

Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving

Szczegółowa procedura domieszkowania powierzchni interfejsów krzemowych jest podana. Ultrapłytkie domieszkowanie powierzchni jest demonstrowane poprzez zastosowanie monowarstw zawierających fosfor i szybki proces wyżarzania. Metoda może być stosowana do domieszkowania makroskopowych powierzchni powierzchniowych, a także nanostruktur.

Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych

Przedstawiamy protokół łączący metrologię atomową Skaningowego Mikroskopu Tunelowego do modelowania powierzchni z selektywnym osadzaniem warstw atomowych i reaktywnym trawieniem jonowym. Korzystając z solidnego procesu obejmującego liczne ekspozycje atmosferyczne i transport, wytwarzane są nanostruktury 3D z metrologią atomową.

Wytwarzanie nanostruktur identyfikowalnych atomowo

Ten manuskrypt opisuje, jak zaprojektować i wyprodukować wydajne odwrócone ogniwa słoneczne SMPV1:PC71BM z nanoprętami ZnO (NR) hodowanymi na wysokiej jakości warstwie nasiennej ZnO domieszkowanej Alem (AZO). Dobrze ustawione, zorientowane pionowo NR ZnO wykazują wysokie właściwości krystaliczne. Sprawność konwersji energii ogniw słonecznych może osiągnąć 6,01%.

Dobrze wyrównane pionowo zorientowane układy nanoprętów ZnO i ich zastosowanie w odwróconych małocząsteczkowych ogniwach słonecznych

W tym artykule pokazano dielektroforezę wspomaganą przepływem dla samoorganizacji urządzeń nanoprzewodowych. Jako przykład pokazano wytwarzanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Przedstawiono protokół wytwarzania nanoporowatych anodowych tlenków glinu poprzez jednoczesną anodowanie wielu powierzchni, po której następują odwrócone odchylenia podobne do schodów. Może być wielokrotnie nakładany na to samo podłoże aluminiowe, wykazując łatwą, wysokowydajną i czystą dla środowiska strategię.

Jednoczesne anodowanie wielopowierzchniowe i schodowe odchylenia odwrotne Anodowe tlenki glinu w elektrolicie kwasu siarkowego i szczawiowego

Zgłaszamy metodę opartą na roztworze do syntezy nanodrutów Au związanych z substratem. Dzięki dostrojeniu ligandów molekularnych używanych podczas syntezy, nanodruty Au mogą być hodowane z różnych substratów o różnych właściwościach powierzchniowych. Nanostruktury oparte na nanodrutach Au można również syntetyzować, dostosowując parametry reakcji.

Synteza nanodrutów Au związanych z substratem za pomocą mechanizmu aktywnego wzrostu powierzchni

Prezentowana jest prosta metoda wytwarzania nano-mikro wieloskalowych struktur dla funkcjonalnych powierzchni, poprzez agregację nanowłókien wytworzonych za pomocą anodowego filtra z tlenku glinu.

Wieloskalowe struktury agregowane za pomocą nadrukowanych nanowłókien dla powierzchni funkcjonalnych

W tej pracy opisujemy protokół wytwarzania nanodrutów żelaza, w tym tworzenie porowatej membrany z tlenku glinu, która jest używana jako szablon, elektroosadzanie do szablonów za pomocą roztworu elektrolitu i uwalnianie nanodrutów do roztworu.

Wytwarzanie nanodrutów żelaza za pomocą nanoporowatego anodowanego aluminium i jego charakterystyka

Tutaj opisujemy protokół tworzenia dyskretnych i dokładnych nieorganicznych nanostruktur na podłożach, używając kształtów origami DNA jako szablonów prowadzących. Metoda jest demonstrowana poprzez tworzenie plazmonicznych złotych anten w kształcie muszki na przezroczystym podłożu (szafirze).

Nanowzorce substratów DNA origami struktur nieorganicznych do zastosowań detekcyjnych

Tutaj opisujemy metody mikrofabrykacji pionowo ustawionych nanowłókien węglowych (VACNF), przenoszenia VACNFów na elastyczne podłoża i stosowania VACNFów zarówno na sztywnych, jak i elastycznych podłożach do roślin w celu dostarczania biomolekuł i barwników.

Stosowanie pionowo ustawionych układów nanowłókien węglowych na sztywnych lub elastycznych podłożach do dostarczania biomolekuł i barwników do roślin

Poznaj metodę wytwarzania pionowo ustawionych nanodrutów organicznych w porowatych matrycach z wykorzystaniem odśrodkowego zwilżania szablonu. Technika ta umożliwia tworzenie złożonych nanostruktur na różnych podłożach dla zastosowań w elektronice organicznej.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

Przeglądaj więcej filmów