Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt durch NSERC, CSEE, NanoBridge und TRLabs unterstützt.

Wie bereits erwähnt, sind die beiden wichtigsten Schritte in der AAO-basierte Herstellungsverfahren (a) Synthese des leeren AAO Vorlage auf beliebige (vor allem leitende und / oder transparent) Substrate (schematische Darstellung in Abbildung 1) und (b) das Wachstum von kleinen molekularen organischen Nanodrähte in den Nanoporen der AAO-Template (Abbildung 2). In diesem Abschnitt werden wir eine detaillierte Beschreibung dieser Prozesse. 1. Wachstum der anodischen Aluminiumoxid (AAO) Templates auf leitfähigen Aluminium Substrate <ol><li> Erstellen nanoporöser Aluminiumoxid Vorlagen ersten Polieren Aluminiumfolien und dann Eloxieren (oder elektrochemisch oxidiert) ihnen. Beginnen Sie mit dem Ausschneiden von kleinen (~ 2 x 2 cm 2) Blätter von hochreinem Aluminium unpoliert (99,997%) mit einer Dicke von 250 um. </li><li> Anstelle Elektropolieren ist ein einfacher chemischen Poliervorgangs 18 verwendet. Tauchen Sie eine kleine Anzahl von 2 x 2 cm 2 Blatt in Salpeter-Phosphorsäure Ätzmittel bei 80 ° C auf einer Heizplatte für 5 min. </li></ol> Hinweis: Die Salpeter-Phosphorsäure-Lösung zur Vorbehandlung des Aluminiumblechen 15 Teilen 68% Salpetersäure und 85 Teilen 85% iger Phosphorsäure. Ein Polierschritt erforderlich, weil vor dem Anodisieren Oberflächenrauhigkeit als gekaufte Aluminium in der Größenordnung von einigen Mikron, der eine nicht-gleichförmiges elektrisches Feld erzeugt an der Oberfläche und verhindert die Bildung einer geordneten Poren Array. In der Literatur hat Elektropolieren wurde ausgiebig für diesen Zweck 2,3 verwendet. Allerdings ist chemischen Polieren eine preiswerte und einfache Alternative, die auch liefert polierten Oberflächen mit vergleichbaren (oder besser) 18 Glätte. <ol start="3"><li> Nach dem Ätzen neutralisieren die Folien in 1 M Natriumhydroxid für 20 min. Diese &quot;chemisch poliert&quot; Folien sind nun bereit zu sein, eloxiert. </li><li> Legen Sie die Blätter in poliertem Aluminium, flache Zellen und eloxieren sie für 15 min mit 3% oxalic Säure bei 40 V DC-Bias. </li></ol> Hinweis: Für Folie Proben ein zweistufiges Anodisierung durchgeführt wird, um Poren Bestellung 2,3,19 verbessern. Dieser erste Schritt wird eine poröse Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche und Nano-Grübchen an der Aluminium / Aluminiumoxid-Schnittstelle, die als die Initiationsstellen für Porenwachstum wirken beim zweiten Schritt der Anodisierung. <ol start="5"><li> Etch die Probe in Chrom-Phosphorsäure, indem es aus der flachen Zelle. Tauchen der Probe in ein Becherglas mit dem Ätzmittel auf einer heißen Platte bei 60 ° C für ca. 30 min, um die anfängliche Oxidschicht zu entfernen. </li><li> Wiederholen Sie den Anodisierungsprozess (Schritt 1.4) für 2,5 min, während alle anderen Parameter unverändert. Versuchen, um die Folie im flachen Zelle, so dass die gleiche Fläche eloxiert in Stufe (1.4) wird wieder dem Elektrolyten ausgesetzt werden, auszurichten. </li></ol> Hinweis: Der Zeitpunkt der endgültigen Anodisierungsschritt bestimmt die Dicke des endgültigenOxidschicht und können entsprechend geändert werden. Dauer von 2,5 min. entspricht einer Schichtdicke (Porenlänge) von ~ 500 nm. Am Ende des zweiten Schrittes ein geordnetes Array Nanopore in der anodischen Aluminiumoxidschicht erstellt. Die Anodisierung und Ätzen Zyklus kann wiederholt werden, um weiter zu verbessern Pore Bestellung angegeben werden. <ol start="7"><li> Tauchen der Vorlage in 5%-iger Phosphorsäure bei Raumtemperatur für 40 min, um die Sperrschicht an der Unterseite der Nanoporen verdünnen und Erweitern der Nanopore Durchmesser. Finale nanopore Durchmesser nach diesem Schritt ist ~ 60-70 nm. </li></ol> 2. Das Wachstum der AAO Vorlagen auf transparenten Substraten (Glas) <ol><li> Zahlen Sie die folgende Viellagensystem nacheinander auf gereinigten Glasplatten: TiO2 (20 nm, Atomic Layer Deposition), Au (7 nm, Sputtern), Al (1 um, Sputtern). </li></ol> Hinweis: Die Au-Schicht als Elektrode, für die Anodisierung erforderlich, und keine Verschlechterung der Transparenz 20 &lt;/ Sup&gt;. Die TiO 2 als transparente Haftschicht zwischen der Au und Glassubstrat. <ol start="2"><li> Befestigen einer Folie Elektrode an der Oberfläche des dünnen Films aus Aluminium eloxiert werden unter Verwendung eines leitfähigen Epoxy-Silber. Dadurch wird eine einwandfreie Verbindung von der Stromquelle zum Beispiel führen bei gleichzeitiger Verbesserung der Stromverteilung. </li></ol> Hinweis: Da es sehr wenig Aluminium, die auf dem Glassubstrat, Poliertechniken erwähnt nicht lebensfähig sind, um die Aluminium-Oberfläche zu glätten. Stattdessen ändert dieses Protokoll die Anodisierung Verfahren eine andere Eloxierung / Ätzschrittes integrieren. <ol start="3"><li> Legen Sie die Probe in der flachen Zelle und das Aluminium eloxieren Dünnschicht für 4 min mit 3% Oxalsäure bei 30 V DC-Bias. </li><li> Ohne Entnahme der Probe aus dem flachen Zelle, spülen Sie die Zelle mit DI-Wasser und Ätzen der Vorlage in Chrom-Phosphorsäure bei 60 ° C für 1 h durch Eingießen der heißen Ätzmittel in in die Zelle. </li></ol> Hinweis: Die Temperatur des Ätzmittel wird sofort beginnen zu sinken, sobald es wurde in die Zelle gegossen. Daher wird die Dauer der Ätzung bis 1 h 30 min für die Folienproben erhöht, um jegliche oxidierte Film entfernt wird. <ol start="5"><li> Spülen Sie die Zelle wieder und anodisieren ein zweites Mal unter den gleichen Bedingungen wie die erste, denn 4 min, mit 3% Oxalsäure bei 30 V DC-Bias. </li><li> Wiederholen Sie Schritt (2.4). Ohne Entfernen der Probe von der flachen Küvette spült die Zelle mit DI-Wasser und Ätzen des Musters in Chromsäure-Phosphorsäure bei 60 ° C für 1 Stunde, indem die heißen Ätzmittel in der Zelle. </li><li> Spülen Sie die Zelle aus zum letzten Mal und führt die dritte (und letzte) Anodisierungsschritt unter Verwendung von 3% Oxalsäure bei 30 V DC. Überwachen des Stroms des Systems zu bestimmen, wann zu stoppen. </li></ol> Hinweis: Die aktuellen Bedürfnisse, die während der letzten ein überwacht werdenodization. Nach den ersten paar Sekunden, stabilisiert der Strom bei etwa 1-2 mA. Dies zeigt einheitliche Anodisierung stattfindet. Sobald die Anodisierungsprozess die verbleibende Aluminium verbraucht wurde, wird der Elektrolyt-Lösung (3% Oxalsäure) kommen, um mit dem zugrunde liegenden Goldschicht, die einen starken Anstieg in der Anodisierungsstrom (Abbildung 3) verursachen kontaktieren. An diesem Punkt wird die Anodisierung gestoppt. Es sollte ungefähr um die 4 min Marke. Dieser Anstieg der Strom nicht in Folienproben (Abbildung 3) beobachtet, da eine gleichmäßige Sperrschicht trennt die Lösung und das Metallsubstrat. <ol start="8"><li> Durchführen einer Porenaufweitungs Schritt, ähnlich der Folie Probenprotokoll durch Eintauchen der Schablone in 5%-iger Phosphorsäure bei Raumtemperatur für 40 min. </li></ol> Hinweis:. Dadurch werden die Poren zu erweitern, aber da die Anodisierung durch die Sperrschicht gegessen hat es keine mehr zu verdünnen Figure 4 zeigt die Schichtstruktur des Glassubstrat / 20 nm TiO 2/7 nm Au / 500 nm porösen Al 2 O 3 mit dem Fehlen einer Sperrschicht und Poren deutlich auf die zugrunde liegenden Au Dünnschicht ausgesetzt. Abbildung 5a und 5b zeigt leere AAO Vorlagen auf Folie und Glas Substrate jeweils. 3. Zentrifuge Assisted Growth of Small Molecular Bio-Nanodrähte in den Poren von AAO Template <ol><li> Vorbereiten einer gesättigten Lösung der niedermolekulare organische in einem geeigneten Lösungsmittel. </li></ol> Hinweis: Die folgenden organische Moleküle und Lösungsmittel wurden verwendet: Rubren in Aceton, Alq3 in Chloroform und PCBM in Toluol. Von hier an PCBM wird als das Molekül von Interesse bezeichnet. <ol start="2"><li> Legen Sie die Vorlagen in den Boden einer Zentrifuge Reagenzglas, so dass die eloxiert Bereich steht vor der Spitze der Reagenzglas. Das Rohr muss groß sein enough um die Probe hinein passen. </li></ol> Hinweis: Für Folie Proben, ist es hilfreich, einen Wafer von ähnlicher Größe zu verwenden, um die Folie zu unterstützen und ein Verbiegen während der Zentrifugation wie unten beschrieben Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung, wie die Probe in der Zentrifuge montiert.. <ol start="3"><li> Verwenden Sie eine Pipette, um das Reagenzglas mit genug PCBM Lösung, so dass die Vorlage vollkommen untergetaucht zu füllen. </li><li> Legen Sie das Reagenzglas in der Zentrifuge und laufen für 5 min bei 6.000 Umdrehungen pro Minute. </li></ol> Hinweis: Wenn die Proben im Reagenzglas in einem Winkel montiert ist, sicherzustellen, dass das Reagenzglas in einer Weise, daß die eloxierte Oberfläche zur Mitte der Zentrifuge (2) montiert ist, zeigt. <ol start="5"><li> Sobald die Zentrifuge gestoppt hat, entladen die Reagenzgläser und gießen Sie das PCBM Lösung aus den Rohren. </li><li> Entfernen Sie die Vorlagen aus den Reagenzgläsern oder lTraufe sie an der Unterseite, für ca. 1 min trocknen. </li><li> Die Schritte 3,2-3,6 so dass insgesamt 5-10 Zentrifugationsläufen durchgeführt wurden. </li></ol> Hinweis: In Situationen, wo es geringe Löslichkeit des kleinen Moleküls in seinem Lösungsmittel, mehr Zentrifuge Läufe werden Anzahlung mehr Material in den Nanoporen helfen. <ol start="8"><li> Entfernen der Probe aus dem Boden des Teströhrchens und mit einem Wattestäbchen in Toluol (oder dem jeweiligen Lösungsmittel) getränkt, um sanft reinigen die Oberfläche der Vorlage, das Entfernen von Material, das über der Oberfläche der Schablone verbleibt. </li></ol>

<ol>
	<li>Martin, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials:+a+membrane-based+synthetic+approach.">Nanomaterials: a membrane-based synthetic approach.</a> Science. , (1994).</li><li>Pramanik, S., Kanchibotla, B., Sarkar, S., Tepper, G., Bandyopadhyay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Self-Assembly+of+Nanostructures:+Fabrication+and+Device+Applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+nanostructures+using+nanoporous+alumina+template.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+extremely+long+spin+relaxation+times+in+an+organic+nanowire+spin+valve.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppression+of+spin+relaxation+in+rubrene+nanowire+spin+valves.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Template-Assisted+Synthesis+of+&#960;-Conjugated+Molecular+Organic+Nanowires+in+the+Sub-100+nm+Regime+and+Device+Implications.">Template-Assisted Synthesis of &#960;-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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polypyrrole/ZnS+Core/Shell+Coaxial+Nanowires+Prepared+by+Anodic+Aluminum+Oxide+Template+Methods.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Dimensional+Nanostructures+of+&#960;-Conjugated+Molecular+Systems:+Assembly,+Properties,+and+Applications+from+Photovoltaics,+Sensors,+and+Nanophotonics+to+Nanoelectronics.">One-Dimensional Nanostructures of &#960;-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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Membrane filtration: a user's guide and reference manual. , (1983).</li><li>Valizadeh, S., George, J., Leisner, P., Hultman, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+deposition+of+Co+nanowire+arrays;+quantitative+consideration+of+concentration+profiles.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GMR+in+multilayered+nanowires+electrodeposited+in+track-etched+polyester+and+polycarbonate+membranes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anodic+oxide+films+on+aluminum.">Anodic oxide films on aluminum.</a> Chemical Reviews. 69 (3), 365-405 (1969).</li><li>Steinhart, M., Wehrspohn, R. B., G&#246;sele, U., Wendorff, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotubes+by+Template+Wetting:+A+Modular+Assembly+System.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+One-Dimensional+Organic+Nanostructures+Using+Anodic+Aluminum+Oxide+Templates.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Emitting+Rubrene+Nanowire+Arrays:+A+Comparison+with+Rubrene+Single+Crystals.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+and+inverse+spin-valve+effect+in+organic+semiconductor+nanowires+and+the+background+monotonic+magnetoresistance.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-field+magnetoresistance+in+nanowire+organic+spin+valves.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+hexagonally+ordered+nanopores+in+anodic+alumina:+An+alternative+pretreatment.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Ordering+of+Cell+Arrangement+of+Anodic+Porous+Alumina+Formed+in+Sulfuric+Acid+Solution.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+Transparent+Au+Electrodes+for+Organic+Photovoltaics+Fabricated+Using+a+Mixed+Mono-Molecular+Nucleation+Layer.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Vibrational+Spectrum+of+Fullerene+C60.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+nanoparticle+of+organic+p-type+and+n-type+hybrid+materials:+nanoscale+phase+separation+and+photovoltaic+effect.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Highly+Ordered+Cylindrical+Nanopores+with+Modulated+Diameter+Using+Anodic+Alumina.">Fabrication of Highly Ordered Cylindrical Nanopores with Modulated Diameter Using Anodic Alumina.</a> , 1-4 (2011).</li><li>Vlad, A., Melinte, S., M&#225;t&#233;fi-Tempfli, M., Piraux, L., M&#225;t&#233;fi-Tempfli, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+Nanowire+Architectures:+Statistical+Processing+of+Porous+Templates+Towards+Discrete+Nanochannel+Integration.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Density+Crossbar+Arrays+Based+on+a+Si+Memristive+System.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Template-Assisted+Fabrication+of+Free-Standing+Nanorod+Arrays+of+a+Hole-Conducting+Cross-Linked+Triphenylamine+Derivative:+Toward+Ordered+Bulk-Heterojunction+Solar+Cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imprinted+large-scale+high+density+polymer+nanopillars+for+organic+solar+cells.">Imprinted large-scale high density polymer nanopillars for organic solar cells.</a> Journal of Vacuum Science &amp; 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+solar-cell+efficiency+in+bulk-heterojunction+polymer+systems+obtained+by+nanoimprinting+with+commercially+available+AAO+membrane+filters.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+Power+Conversion+Efficiency+in+Bulk+Heterojunction+Organic+Solar+Cells+with+Radial+Electron+Contacts.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+nanoscale+morphology+in+polymer+photovoltaic+devices.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Solar+Cells:+Problems+and+Perspectives.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-Polymer-Metal+Split-Dipole+Nanoantennas.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+Peroxide+Vapor+Sensing+with+Organic+Core/Sheath+Nanowire+Optical+Waveguides.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+ammonia+sensor+based+on+high+density,+small+diameter+polypyrrole+nanowire+arrays.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coaxial+Organic+p-n+Heterojunction+Nanowire+Arrays:+One-Step+Synthesis+and+Photoelectric+Properties.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+electrical+properties+of+conjugated+polymer+nanowires+with+the+diameter.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introducing+organic+nanowire+transistors.">Introducing organic nanowire transistors.</a> Materials Today. 11 (4), 38-47 (2008).</li><li>Kippelen, B., Br&#233;das, J. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+photovoltaics.">Organic photovoltaics.</a> Energy &amp; Environmental Science. 2 (3), 251-261 (2009).</li><li>G&#252;nes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+polymer-based+organic+solar+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymer+Photovoltaic+Cells.">Conjugated Polymer Photovoltaic Cells.</a> Chem. Mater. 16 (23), 4533-4542 (2004).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

Physische Bild für Nanodrahtwachstums Es ist zunächst wichtig zu verstehen, die das Wachstum des organischen Nanodrähte. Sobald wir wissen genau, wie sie wachsen und bilden sich in den Poren wir diese Methode zur Abscheidung Ingenieur Nanostrukturen, Geräte und Materialien nutzen können. In der Vergangenheit haben die Polymer-Nanodrähte hergestellt worden mit dem Templatbenetzung Verfahren ohne die Hilfe einer Zentrifuge, aber für einige Materialien wie organische kleine Moleküle, haben...

Ein Template-gestützte Verfahren wird häufig für die Herstellung von vertikal ausgerichteten Nanodrähten 1-3 verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung von komplexen Geometrien wie Nanodraht axial oder radial 4-6 7 heterostructured Nanodraht Übergitter, die oft wünschenswert, verschiedene elektronische und optische Anwendungen. Darüber hinaus ist dies ein Low-Cost-, Bottom-up-Verfahren nanosynthesis mit hohem Durchsatz und Vielseitigkeit. Als Ergebnis haben templatgesteuerte Methoden immense Popularität unter Forschern weltweit 2,3 gewonnen. Die Grundidee des &quot;template-directed-Methode&quot; ist wie folgt. Zunächst wird eine Vorlage hergestellt wird, die enthält eine Anordnung von vertikal ausgerichteten zylindrischen Nanoporen. Anschließend wird das gewünschte Material innerhalb der Nanoporen abgeschieden, bis die Poren gefüllt sind. Als Ergebnis das gewünschte Material nimmt die Porenmorphologie und bildet einen Nanodraht-Arrays im t gehostetemplate. Schließlich, in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation kann der Host-Vorlage entfernt werden. Allerdings ist diese zerstört auch die vertikale Ordnung. Die Geometrie und Abmessungen der endgültigen Nanostrukturen imitieren die Porenmorphologie und somit die Synthese des Host-Vorlage ist ein wichtiger Teil des Herstellungsprozesses. Verschiedene Arten von nanoporöser Vorlagen sind in der Literatur 8 gemeldet. Die am häufigsten verwendeten Vorlagen enthalten (a) polymer spurgeätzten Membranen, (b)-Blockcopolymere und (c) anodisches Aluminiumoxid (AAO) vorlagen. Um die Polymer Spur geätzten Membranen erstellen ein Polymer Folie wird mit hochenergetischen Ionen, die vollständig durchdringen die Folie und lassen latente Ionenspuren innerhalb der Masse Folie 9 bestrahlt. Die Titel werden dann selektiv geätzt, um nanoskalige Kanäle innerhalb der Polymerfolie 9 erstellen. Die nanoskaligen Kanälen kann durch eine geeignete Ätzung verbreitert werden. Key Probleme mit dieser Methode sind die Uneinheitlichkeit der the Nanokanälen, mangelnde Kontrolle der Lage, nicht-einheitliche relative Abstand zwischen den Kanälen, mit niedriger Dichte (Anzahl der Kanäle pro Flächeneinheit ~ 10 8 / cm 2), und schlecht geordneten porösen Struktur 1. In dem Block-Copolymer ein ähnliches Verfahren zylindrischen nanoporösen Vorlage wird zunächst erstellt, gefolgt durch das Wachstum der gewünschten Materials in den Poren 8. In der Vergangenheit haben die Verfahren (a) und (b) genannten verwendet herzustellen Polymer Nanodrähte 8. Jedoch können diese Verfahren nicht geeignet für die Synthese von Nanodrähten aus einem beliebigen organischen Material wegen der möglichen Abwesenheit selektives Ätzen während Nachbearbeitungsschritte. Post-Verarbeitung umfasst typischerweise Entfernung des Host-Vorlage, die für die oben genannten Vorlagen organischen Lösungsmitteln erfordern würde. Solche Lösungsmittel können nachteilige Wirkung auf die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der organischen Nanodrähte. Allerdings arbeiten diese Vorlagen als ideal hoM für anorganische Nanodrähte wie Kobalt 10, Nickel, Kupfer und metallischem Multischichten 11, die unberührt in dem Ätzprozess, der die Host-Polymer entfernt bleiben. Eine weitere mögliche Herausforderung für die oben genannten Verfahren ist die geringe thermische Stabilität der Grundmatrix bei höheren Temperaturen. Glühen bei hoher Temperatur ist oft erforderlich, um die Kristallinität der organischen Nanodrähte, die die Notwendigkeit einer guten thermischen Stabilität der Wirtsmatrix zeigt verbessern. Controlled elektrochemische Oxidation von Aluminium (auch als &quot;Eloxieren&quot; aus Aluminium bekannt) ist ein bekannter industriellen Prozess und wird häufig in der Automobil-, Koch-und Raumfahrt und anderen Branchen, um Aluminium-Oberfläche vor Korrosion 12 zu schützen. Die Art des oxidierten Aluminium (oder &quot;anodische Aluminiumoxid&quot;) hängt entscheidend vom pH-Wert des Elektrolyten für die Anodisierung verwendet. Für Korrosionsbeständigkeit Anwendungen wird in der Regel mit wea Anodisierung durchgeführtk Säuren (pH ~ 5-7), die einen kompakten, nicht-porösen, &quot;Barriere-type&quot; Aluminiumoxidfilm 12 erstellen. Allerdings, wenn der Elektrolyt stark sauren (pH &lt;4), wird das Oxid &quot;porös&quot; aufgrund der örtlichen Auflösung des Oxids durch die H +-Ionen. Die lokale elektrische Feld über der Oxidschicht bestimmt die lokale Konzentration der H +-Ionen und damit Oberflächen-Musterung vor dem Anodisieren bietet eine gewisse Kontrolle über das endgültige poröse Struktur. Die Poren sind zylindrisch mit kleinem Durchmesser (~ 10-200 nm) und somit wie nanoporösen anodische Aluminiumoxid-Filmen wurden ausführlich in den letzten Jahren für die Synthese von Nanodrähten aus verschiedenen Materialien 2,3 verwendet. Nanoporöse anodische Aluminiumoxid Vorlagen bieten eine bessere thermische Stabilität, hohe Porendichte, Langstrecken-Pore Ordnung und hervorragende Einstellbarkeit Pore Durchmesser, Länge, zwischen den Poren Trennung und Porendichte über geschickte Wahl der Anodisierung Parameter wie pH-Wert des Elektrolyten und Anodisierung VoltAlter 2,3. Aus diesen Gründen wählen wir AAO Vorlagen als Host-Matrix für die organische Nanodrahtwachstums. Weiterhin weisen anorganische Oxide, wie Aluminiumoxid hoher Oberflächenenergie und somit eine gleichmäßige Verteilung der organischen Lösung (niedriger Oberflächenenergie) auf der Aluminiumoxid-Oberfläche 13. Darüber hinaus ist es unser Ziel, diese Nanodrähte direkt auf einem leitfähigen und / oder transparenten Substrat wachsen. Als Ergebnis wird die Poren am unteren Ende, die zusätzliche Aufmerksamkeit bedarf, wie wir unten beschreiben geschlossen. Das Wachstum der Nanodrähte in einem durch-Pore-Vorlage und die anschließende Übertragung auf das gewünschte Substrat ist oft unerwünscht wegen der schlechten Qualität Schnittstelle und diese Methode ist nicht einmal möglich, für kurze Nanodrähte (oder dünne Vorlagen) aufgrund der schlechten mechanischen Stabilität der dünnen Vorlagen . π-konjugierte organische Materialien lassen sich grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: (a) langkettigen konjugierten Polymeren und (b) mit geringem Molekulargewicht organischen s<html> emiconductors. Viele Gruppen haben Synthese von langkettigen Polymeren Nanodrähte innerhalb der zylindrischen Nanoporen einer AAO-Vorlage in der Vergangenheit berichtet. Umfassende Bewertung zu diesem Thema finden Sie im refs 8,14. Allerdings ist die Synthese von Nanodrähten aus kommerziell wichtige niedermolekulare organische Stoffe (wie Rubren, Tris-8-Hydroxychinolin-Aluminium (Alq 3) und PCBM) in AAO äußerst selten. Physikalische Gasphasenabscheidung von Rubren und Alq3 innerhalb der Nanoporen AAO Vorlage wurde von mehreren Gruppen 4,15-17 berichtet. Es kann jedoch nur eine dünne Schicht (~ 30 nm) von organischen Stoffen in den Poren abgeschieden werden (~ 50 nm Durchmesser) und verlängerte Abscheidung neigt zu blockieren Poreneingang 4,16,17. Komplette Porenfüllung können in diesem Verfahren erreicht werden, wenn der Porendurchmesser ist ausreichend groß (~ 200 nm) 15. Daher ist es wichtig, ein alternatives Verfahren, das anwendbar für Porendurchmesser im sub 100 nm gibt. &quot;&gt; Anderer Ansatz, der für einige andere kleine molekulare organische verwendet wurde, ist ein sogenanntes&quot; Templatbenetzung &quot;Methode 8,14. Jedoch in den meisten Berichten dick kommerzielle Vorlagen (~ 50 um) mit beiden Seiten offenen Poren mit großem Durchmesser (~ 200 nm) verwendet worden sind. Ein solches Verfahren ist nicht Nanodrähte in einseitig geschlossene Poren hergestellt, wie zuvor erwähnt, vermutlich aufgrund der Anwesenheit von Lufteinschlüssen in den Poren, die das Eindringen der Lösung in den Poren verhindert. Wir haben bereits berichtet eine neuartige Methode, die diese Herausforderungen überwindet und ermöglicht das Wachstum von kleinen molekularen organischen Nanodrähten mit beliebigen Abmessungen auf beliebigen Substraten. Im Folgenden werden wir die detaillierten Protokoll, potenzielle Einschränkungen und zukünftige Änderungen zu beschreiben.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagents</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T324-4</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>68% Nitric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A200-212</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>85% Phosphoric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A242-4</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>10% Chromic Acid</td>
			<td>RICCA Chemical Company</td>
			<td>2077-32</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>10% Oxalic Acid</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>Aluminum Sheets</td>
			<td>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></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>FlexAL Atomic Layer Deposition (ALD)</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>For deposition of TiO2</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>PVD Sputter System</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td></td>
			<td>For deposition of Au &amp; Al</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Flat Cell</td>
			<td>Princeton Applied Research</td>
			<td>K0235</td>
			<td>For anodization of Al</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>HERMLE Labnet</td>
			<td>Z206 A</td>
			<td>For deposition of organic nanowires</td>
		 </tr>
	 </tbody>
 </table>

ultrahigh density array of vertically aligned small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates

In den letzten Jahren π-konjugierten organischen Halbleitern als das aktive Material in einer Reihe von verschiedenen Anwendungen, einschließlich großflächige, kostengünstige Anzeigen, Photovoltaik, bedruckbar und flexible Elektronik und organische Spinventilen entstanden. Organics ermöglichen (a) Low-Cost-, Tieftemperatur-Verarbeitung und (b) auf molekularer Ebene Gestaltung von elektronischen, optischen und Transporteigenschaften Spin. Solche Funktionen sind nicht leicht zugänglich für Mainstream anorganische Halbleiter, die organische aktiviert, um eine Nische in der Silizium-Elektronik-Markt dominierten schnitzen haben. Die erste Generation von organisch-basierten Geräten ist auf dem Dünnfilm-Geometrien durch physikalische Dampfabscheidung oder Lösung Verarbeitung gewachsen konzentriert. Es ist jedoch erkannt worden, dass organische Nanostrukturen verwendet werden, um die Leistung der oben genannten Anwendungen zu verbessern und erhebliche Anstrengungen bei der Erforschung für organische Nanostrukturen investiert. t &quot;&gt; Eine besonders interessante Klasse von organischen Nanostrukturen ist die, in der vertikal ausgerichteten organischen Nanodrähten, Nanostäbchen oder Nanoröhren in einem gut regimented, High-Density-Arrays organisiert sind. Derartige Strukturen sind sehr vielseitig und eignen morphologischen Architekturen für verschiedene Anwendungen wie als chemische Sensoren, Split-Dipol Nanoantennen, Photovoltaik-Anlagen mit radial heterostructured &quot;core-shell&quot; Nanodrähte und-Speichergeräte mit einem Kreuz-Punkt-Geometrie. Solche Architektur wird in der Regel durch eine Matrizen-gerichtete Ansatz realisiert. In der Vergangenheit wurde diese Methode verwendet werden, um Metall und anorganischen Halbleiter-Nanodraht-Arrays wachsen. jüngerer π-konjugierte Polymer-Nanodrähte innerhalb nanoporösen Templates angezogen wurden. Allerdings sind diese Ansätze begrenzten Erfolg in wachsenden Nanodrähte technologisch wichtigen π-konjugierte niedermolekulare organische Stoffe, wie hatte Tris 8-Hydroxychinolin Aluminium (Alq 3), Rubren und Methanofullerenes, die häufig in den verschiedensten Bereichen, wie organische Displays, Photovoltaik, Dünnschicht-Transistoren und Spintronik eingesetzt werden. Vor kurzem haben wir in der Lage, die oben erwähnte Problem durch den Einsatz einer neuartigen &quot;Zentrifugation-assisted&quot;-Ansatz anzugehen. Diese Methode daher erweitert das Spektrum von organischen Materialien, die in einer vertikal bestellt Nanodraht-Arrays strukturiert werden kann. Aufgrund der technologischen Bedeutung der Alq3, Rubren und Methanofullerene können unsere Methode verwendet, um zu erkunden, wie die Nanostrukturierung von diesen Materialien die Leistungsfähigkeit der genannten organischen Geräte beeinflusst werden. Der Zweck dieses Artikels ist es, die technischen Details der oben genannten Protokoll beschreiben, zeigen, wie dieser Prozess verlängert werden, um kleine-molekularen organischen Nanodrähte auf beliebigen Substraten und endlich erwachsen werden, um die kritischen Schritte, Einschränkungen mögliche Änderungen, Probleme diskutieren -Schießen und zukünftige Anwendungen.

Wie die folgenden Abbildungen (Abb. 5 und 6) gezeigt belegt, produziert diese Zentrifuge assisted Drop Gießverfahren kontinuierliche Nanodrähte. Die Nanodrähte, in den Poren der AAO Vorlage hergestellt, vertikal ausgerichtet sind, uniform, und elektrisch isoliert voneinander mit capped Böden. Der Durchmesser der Nanodrähte durch den Durchmesser der Poren in der Schablone bestimmt. Sie können erfolgreich auf verschiedenen Substraten, die zur möglichen Anwendung dieser Strukturen i...

Watch this Scientific Journal Video about Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates at JoVE.com

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

Wir berichten über eine einfache Methode zur Herstellung einer Ultrahochvakuum Dichte Anordnung von vertikal bestellt kleinen molekularen organischen Nanodrähte. Diese Methode ermöglicht eine Synthese von komplexen heterostructured Hybrid Nanodraht Geometrien, die kostengünstig auf beliebigen Substraten gezüchtet werden können. Diese Strukturen haben potentielle Anwendungen in der organischen Elektronik, Optoelektronik, chemischen Sensorik, Photovoltaik und Spintronik.

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

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

14.9K Aufrufe.  University of Alberta. Wir berichten über eine einfache Methode zur Herstellung einer Ultrahochvakuum Dichte Anordnung von vertikal bestellt kleinen molekularen organischen Nanodrähte. Diese Methode ermöglicht eine Synthese von komplexen heterostructured Hybrid Nanodraht Geometrien, die kostengünstig auf beliebigen Substraten gezüchtet werden können. Diese Strukturen haben potentielle Anwendungen in der organischen Elektronik, Optoelektronik, chemischen Sensorik, Photovoltaik und Spintron...

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

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Micropunching Lithographie zur Erzeugung von Mikro-und Submikron-Muster auf Polymersubstrate

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Forschung

Ingenieurwesen

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do so is highly important in view of a number of applications in functional soft matter including electronics, biomedical engineering, and sensors. In the past, successful strategies to control the size and shape of supramolecular polymers typically focused on the use of templates2,3, end cappers4 or selective solvent techniques5. 
Here we disclose a strategy based on self-assembling discotic amphiphiles that leads to the control over stack length and shape of ordered, chiral columnar aggregates. By balancing electrostatic repulsive interactions on the hydrophilic rim and attractive non-covalent forces within the hydrophobic core of the polymerizing building block, we manage to create small and discrete spherical objects6,7. Increasing the salt concentration to screen the charges induces a sphere-to-rod transition. Intriguingly, this transition is expressed in an increase of cooperativity in the temperature-dependent self-assembly mechanism, and more stable aggregates are obtained. 
For our study we select a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) core connected to a hydrophilic metal chelate via a hydrophobic, fluorinated L-phenylalanine based spacer (Scheme 1). The metal chelate selected is a Gd(III)-DTPA complex that contains two overall remaining charges per complex and necessarily two counter ions. The one-dimensional growth of the aggregate is directed by &pi;-&pi; stacking and intermolecular hydrogen bonding. However, the electrostatic, repulsive forces that arise from the charges on the Gd(III)-DTPA complex start limiting the one-dimensional growth of the BTA-based discotic once a certain size is reached. At millimolar concentrations the formed aggregate has a spherical shape and a diameter of around 5 nm as inferred from 1H-NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering, and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). The strength of the electrostatic repulsive interactions between molecules can be reduced by increasing the salt concentration of the buffered solutions. This screening of the charges induces a transition from spherical aggregates into elongated rods with a length &gt; 25 nm. Cryo-TEM allows to visualise the changes in shape and size. In addition, CD spectroscopy permits to derive the mechanistic details of the self-assembly processes before and after the addition of salt. Importantly, the cooperativity -a key feature that dictates the physical properties of the produced supramolecular polymers- increases dramatically upon screening the electrostatic interactions. This increase in cooperativity results in a significant increase in the molecular weight of the formed supramolecular polymers in water.

The goal of this experiment is to determine and control the size, shape and stability of self-assembled discotic amphiphiles in water. For aqueous based supramolecular polymers such level of control is very difficult. We apply a strategy using both repulsive and attractive interactions. The experimental techniques applied to characterize this system are broadly applicable.

Steuern der Größe, Form und Stabilität der supramolekularen Polymeren in Wasser

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and reduction half reactions, and fast electron (hole) diffusion and charge separation. Nanowires present suitable architectures to meet these requirements. Axially segmented Ag|ZnO and radially segmented (coaxial) TiO2-Ag nanowires with a diameter of 200 nm and a length of 6-20 &#181;m were made by templated electrodeposition within the pores of polycarbonate track-etched (PCTE) or anodized aluminum oxide (AAO) membranes, respectively. In the photocatalytic experiments, the ZnO and TiO2 phases acted as photoanodes, and Ag as cathode. No external circuit is needed to connect both electrodes, which is a key advantage over conventional photo-electrochemical cells. For making segmented Ag|ZnO nanowires, the Ag salt electrolyte was replaced after formation of the Ag segment to form a ZnO segment attached to the Ag segment. For making coaxial TiO2-Ag nanowires, a TiO2 gel was first formed by the electrochemically induced sol-gel method. Drying and thermal annealing of the as-formed TiO2 gel resulted in the formation of crystalline TiO2 nanotubes. A subsequent Ag electrodeposition step inside the TiO2 nanotubes resulted in formation of coaxial TiO2-Ag nanowires. Due to the combination of an n-type semiconductor (ZnO or TiO2) and a metal (Ag) within the same nanowire, a Schottky barrier was created at the interface between the phases. To demonstrate the photocatalytic activity of these nanowires, the Ag|ZnO nanowires were used in a photocatalytic experiment in which H2 gas was detected upon UV illumination of the nanowires dispersed in a methanol/water mixture. After 17 min&#160;of illumination, approximately 0.2 vol% H2 gas was detected from a suspension of ~0.1 g of Ag|ZnO nanowires in a 50 ml 80 vol% aqueous methanol solution.

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Herstellung und Verwendung von photokatalytisch aktiven segmentierte Ag | ZnO und TiO Koaxial<sub&gt; 2</sub&gt; Ag-Nanodrähte Hergestellt von gestützte Elektrochemische Abscheidung

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonanz-Raman-Spektroskopie von Extreme Nanodrähte und andere 1D-Systeme

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of stretchable electronic devices is the preparation of stretchable conductors with great mechanical stability. In this study, we developed a simple fabrication method to chemically solder the contact points between silver nanowire (AgNW) networks. AgNW nanomesh was first deposited on a glass slide via spray coating method. A reactive ink composed of silver nanoparticle (AgNPs) precursors was applied over the spray coated AgNW thin films. After heating for 40 min, AgNPs were preferentially generated over the nanowire junctions to solder the AgNW nanomesh, and reinforced the conducting network. The chemically modified AgNW thin film was then transferred to polyurethane (PU) substrates by casting method. The soldered AgNW thin films on PU exhibited no obvious change in electrical conductivity under stretching or rolling process with elongation strains up to 120%.

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

Ein Herstellungsverfahren für hochverstreckbare Leiter mit Silber Nanodrähte

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Effect of Bending on the Electrical Characteristics of Flexible Organic Single Crystal-based Field-effect Transistors

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling immensely. However, in soft electronics, in which organic semiconductors play a critical role, the devices will be bent or folded repeatedly. The effect of bending on the crystal packing and thus the charge transport is crucial to the performance of the device. In this manuscript, we describe the protocol to bend a single crystal of 5,7,12,16-tetrachloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) in the field-effect transistor configuration and to obtain reproducible I-V characteristics upon bending the crystal. The results show that bending a field-effect transistor prepared on a flexible substrate results in nearly reversible yet opposite trends in charge mobility, depending on the bending direction. The mobility increases when the device is bent toward the top gate/dielectric layer (upward, compressive state) and decreases when bent toward the crystal/substrate side (downward, tensile state). The effect of bending curvature was also observed, with greater mobility change resulting from higher bending curvature. It is suggested that the intermolecular &#960;-&#960; distance changes upon bending, thereby influencing the electronic coupling and the subsequent carrier transport ability.

This manuscript describes the bending process of an organic single crystal-based field-effect transistor to maintain a functioning device for electronic property measurement. The results suggest that bending causes changes in the molecular spacing in the crystal and thus in the charge hopping rate, which is important in flexible electronics.

Wirkung von Biegen auf die elektrischen Eigenschaften von flexiblen organischen Einkristall-basierte Feldeffekttransistoren

The charge transport in an organic semiconductor depends highly on the molecular packing in the crystal, which influences the electronic coupling ...

Morphology Control for Fully Printable Organic&#8211;Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting material. However, fullerene derivatives are air-sensitive; therefore, air-stable material is needed as an alternative. In the present study, we propose and describe the properties of Ti-alkoxide as an alternative electron-accepting material to fullerene derivatives to create highly air-stable BHJ solar cells. It is well-known that controlling the morphology in the photoactive layer, which is constructed with fullerene derivatives as the electron acceptor, is important for obtaining a high overall efficiency through the solvent method. The conventional solvent method is useful for high-solubility materials, such as fullerene derivatives. However, for Ti-alkoxides, the conventional solvent method is insufficient, because they only dissolve in specific solvents. Here, we demonstrate a new approach to morphology control that uses the molecular bulkiness of Ti-alkoxides without the conventional solvent method. That is, this method is one approach to obtain highly efficient, air-stable, organic-inorganic bulk-heterojunction solar cells.

Morphology Control for Fully Printable Organic&amp;#8211;Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

A method for fully printable, fullerene-free, highly air-stable, bulk-heterojunction solar cells based on Ti alkoxides as the electron acceptor and the electron-donating polymer fabrication is described here. Moreover, a method for controlling the morphology of the photoactive layer through the molecular bulkiness of the Ti-alkoxide units is reported.

Morphologie-Steuerung für Volldruck organisch-anorganische Masse-Heterosolarzellen Basierend auf einem Ti-Alkoxid und halbleitendes Polymer

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

Gut abgestimmten vertikal orientierte ZnO Nanorod Arrays und deren Anwendung in invertiert kleine Molekül Solarzellen

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...