Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

O objetivo geral deste procedimento é fabricar uma matriz de nanofios orgânicos alinhados verticalmente dentro de um molde poroso. Isso é realizado primeiramente preparando um substrato para anodização, seja polindo a superfície de uma folha de alumínio ou depositando uma película fina de alumínio sobre um substrato arbitrário. O segundo passo consiste em anodizar a folha de alumínio polida ou a película fina de alumínio depositada sobre um substrato arbitrário.

O passo final consiste em depositar material orgânico nos poros do molde utilizando um novo método de união de moldes assistido por centrífuga. Por fim, a microscopia eletrônica de varredura é utilizada para demonstrar a existência de nanofios orgânicos dentro dos poros do molde de óxido de alumínio anódico. A ideia para este método surgiu inicialmente quando tive dificuldades para preencher os poros de moldes de alumínio anódico utilizando métodos tradicionais de umectação do molde.

Decidi utilizar a força centrífuga de uma centrífuga para empurrar ou auxiliar a penetração da solução nos poros. Primeiro, recorte folhas de alumínio de alta pureza e não polidas, com aproximadamente dois centímetros por dois centímetros e espessura de 250 micrômetros. Mergulhe um pequeno número dessas folhas em um béquer contendo ácido nítrico-fosfórico para ataque ácido a 80 graus Celsius por cinco minutos. Após o ataque, neutralize as folhas mergulhando-as em água e, em seguida, colocando-as em hidróxido de sódio 1 molar por 20 minutos. Após isso, enxágue as folhas com água ionizada.

Em seguida, carregue as chapas de alumínio polido nas células planas e preencha-as com ácido oxálico a 3%. Em seguida, anodize as chapas por 15 minutos a 40 volts de polarização contínua; após a anodização, imerja a amostra em um béquer contendo ácido crômico-fosfórico para ataque a 60 graus Celsius por aproximadamente 30 minutos. Para remover a camada inicial de óxido, realinhe a folha na célula plana, de modo que a mesma área previamente anodizada seja novamente exposta ao eletrólito.

Repita o processo de anodização com ácido oxálico a 3% durante 2,5 minutos a 40 volts de corrente contínua. Polarize e submerja o molde AAO em ácido fosfórico a 5% à temperatura ambiente para afinar a camada de barreira na base das nanoporosidades e aumentar o diâmetro dos nanoporos para aproximadamente 60 a 70 nanômetros após 40 minutos, retire o molde do béquer e lave-o com água ionizada. Deposite sequencialmente o seguinte sistema multicamada em vidro limpo.

Deposite 20 nanômetros de dióxido de titânio por deposição em camada atômica, sete nanômetros de ouro por pulverização catódica e um micrômetro de alumínio por pulverização catódica. Após remover as amostras da câmara de vácuo, fixe um eletrodo de folha na superfície da película fina de alumínio a ser anodizada. Usando um epóxi prateado condutivo, coloque a amostra na célula plana e preencha-a com ácido oxálico a 3%.

Em seguida, anodize a película fina de alumínio por quatro minutos a 30 volts de polarização contínua sem remover a amostra da célula plana. Enxágue a célula com água desionizada. Despeje ácido crômico fosfórico aquecido a 60 graus Celsius na célula plana e deixe repousar por uma hora.

Em seguida, repita os passos de anodização e gravação utilizando as condições descritas anteriormente. Após a lavagem com água desionizada, preencha a célula com ácido oxálico a 3% e realize uma anodização final utilizando as mesmas condições que antes. Monitore a corrente do sistema e interrompa a anodização quando for observado um aumento acentuado da corrente.

Em seguida, realize uma etapa de alargamento deficiente submergindo o molde em ácido fosfórico a 5% à temperatura ambiente. Após 40 minutos, remova o molde do béquer e enxágue-o com água desionizada. Coloque os moldes na parte inferior de um tubo de ensaio de centrífuga de modo que a área anodizada fique voltada para o topo do tubo de ensaio.

Usando uma pipeta, preencha os tubos de ensaio com quantidade suficiente de soluções de PCBM para que cada molde fique completamente submerso. Em seguida, coloque os tubos de ensaio na centrífuga e execute por cinco minutos a 6.000 RPM. Após a parada da centrífuga, retire os tubos e descarte a solução de PCBM.

Remova os moldes dos tubos de ensaio e coloque-os de lado para secar. Repita os passos anteriores até que um total de cinco a 10 centrifugações tenha sido realizado. Por fim, remova cada amostra do fundo dos tubos de ensaio e use um cotonete embebido em tolueno para limpar suavemente a superfície, conforme evidenciado pelas imagens mostradas aqui.

Este método de deposição por gotejamento assistido por centrífuga produz nanofios contínuos. Os nanofios fabricados no interior dos poros do molde de a a O são alinhados verticalmente, uniformes e eletricamente isolados uns dos outros, com fundos fechados. Eles podem ser fabricados com sucesso sobre diversos substratos diferentes, o que indica a possibilidade de aplicação dessas estruturas em muitos dispositivos distintos.

Para verificar mais amplamente que o material dentro dos poros é PCBM, realizou-se espectroscopia Raman de nanofios em moldes de campo. Os dados Raman foram comparados aos espectros de filmes finos de PCBM e anéis de fulerenos encontrados na literatura. Foram observados picos em 1430, 1463 e 1577 centímetros inversos, que correspondem aos modos T1, U4a G2 e HG8, respectivamente.

Esses valores correspondem bem aos valores da literatura de 1429, 1470 e 1575 centímetros inversos para o PCBM puro nas mesmas formas respectivas. Além disso, isso mostra que não há deslocamento significativo nos picos de raman devido à geometria do nanofio, e confirma a presença de nanofios de PCBM dentro dos poros antes de seguirmos este procedimento. Outros métodos, como eletrodeposição de nanofios metálicos ou pulverização catódica de filmes finos metálicos, podem ser usados para fabricar dispositivos para aplicações como espintrônica, optoeletrônica, eletrônica, fotovoltaicos, sensores químicos e metamateriais.