Este trabajo ha sido apoyado financieramente por NSERC, CSEE, nanobridge y TRLabs.

Como se mencionó anteriormente, los dos pasos clave en el proceso de fabricación basado en AAO son (a) la síntesis de la plantilla de AAO vacío en arbitraria (principalmente conductora y / o transparente) sustratos (descripción esquemática en la Figura 1) y (b) el crecimiento de los pequeños nanocables orgánicos moleculares dentro de los nanoporos de la plantilla de AAO (Figura 2). En esta sección se proporciona una descripción detallada de estos procesos. 1. El crecimiento de las plantillas de óxido de aluminio anódico (AAO) en sustratos de aluminio conductores <ol><li> Crear plantillas de alúmina nanoporosas por primera láminas de aluminio pulido y anodizado (o electroquímica de oxidación) ellos. Comience por cortar pequeñas hojas (~ 2 x 2 cm 2) de aluminio sin pulir de alta pureza (99,997%), con espesor de 250 micras. </li><li> En lugar de electropulido, se utiliza un proceso de pulido químico más simple 18. Sumergir un pequeño número de 2 x 2 cm en 2 hojas nítrico-ácido fosfórico reactivo de ataque a 80 ° C sobre una placa caliente durante 5 min. </li></ol> Nota: La solución de ácido nítrico, fosfórico se utiliza para pre-tratar las láminas de aluminio es de 15 partes de ácido nítrico 68% y 85 partes de ácido fosfórico al 85%. Un paso de pulido es necesaria antes de la anodización, porque rugosidad de la superficie del aluminio como-comprado es del orden de unas pocas micras, que crea un campo eléctrico no uniforme en la superficie y previene la formación de una matriz de poro ordenado. En la literatura, electropulido se ha utilizado ampliamente para este propósito 2,3. Sin embargo, pulido químico es una alternativa barata y fácil, que también produce superficies pulidas con comparable (o mejor) tersura 18. <ol start="3"><li> Después del grabado, neutralizar las láminas en hidróxido de sodio 1 M durante 20 min. Estas láminas &quot;químicamente pulido&quot; ya están listos para ser anodizado. </li><li> Cargue las hojas de aluminio pulido en las células planas y anodizar ellos durante 15 minutos con 3% oxalácido ic a 40 V CC sesgo. </li></ol> Nota: Para las muestras de aluminio anodizado de un proceso de dos etapas se realiza para mejorar los poros ordenar 2,3,19. Este primer paso creará una capa de óxido porosa sobre la superficie de Al y hoyuelos escala nano en la interfaz de aluminio / alúmina, que actúan como los sitios de iniciación para el crecimiento de poro durante la segunda etapa de anodización. <ol start="5"><li> Etch la muestra en ácido crómico-fosfórico mediante la eliminación de la celda plana. Sumergir la muestra en un vaso de precipitados de la solución de ataque en una placa caliente a 60 ° C durante ~ 30 min para eliminar la capa de óxido inicial. </li><li> Repetir el proceso de anodización (paso 1.4) durante 2,5 minutos, manteniendo todos los demás parámetros sin cambios. Trate de volver a alinear el papel de aluminio en la celda plana de tal manera que la misma área de anodizado en el paso (1.4) de nuevo será expuesta al electrolito. </li></ol> Nota: La hora de la etapa final de anodización determina el espesor de la finalcapa de óxido y puede ser modificado en consecuencia. Duración de 2,5 min. corresponde a un espesor de película (longitud de poro) de ~ 500 nm. Al final del segundo paso se crea una matriz de nanoporos bien ordenada en la capa de alúmina anódica. La anodización y el ciclo de ataque químico pueden ser repetidos para mejorar aún más ordenamiento de poro. <ol start="7"><li> Sumergir la plantilla en ácido fosfórico al 5% a temperatura ambiente durante 40 min para adelgazar la capa de barrera en la parte inferior de los nanoporos y ensanchar el diámetro de nanoporos. Diámetro nanopore Final después de este paso es de ~ 60 a 70 nm. </li></ol> 2. El crecimiento de las plantillas AAO sobre sustratos transparentes (vidrio) <ol><li> Deposite el siguiente sistema de múltiples capas secuencialmente en portaobjetos de vidrio limpios: TiO2 (20 nm, la deposición de capas atómicas), Au (7 nm, sputtering), Al (1 m, pulverización). </li></ol> Nota: La capa de Au actúa como un electrodo, se requiere para la anodización, y no se deteriora la transparencia 20 &lt;/ Sup&gt;. El TiO 2 actúa como una capa de adherencia transparente entre la UA y sustrato de vidrio. <ol start="2"><li> Adjuntar un electrodo de papel de aluminio para la superficie de la película delgada de aluminio para ser anodizado usando una epoxi conductora de plata. Esto dará lugar a una conexión adecuada de la fuente de poder de muestra, mientras que la mejora de la distribución actual. </li></ol> Nota: Puesto que hay muy poco de aluminio depositada sobre el sustrato de vidrio, las técnicas de pulido antes mencionados no son viables para aplanar la superficie de aluminio. En cambio, el presente Protocolo modifica el procedimiento de anodización para incorporar otro paso anodización / grabado. <ol start="3"><li> Coloque la muestra en la celda plana y anodizar la película delgada de aluminio de 4 min con ácido oxálico 3% a 30 V DC Bias. </li><li> Sin retirar la muestra de la celda plana, lavar la cubeta con agua DI y grabar la plantilla en ácido crómico-fosfórico a 60 ° C durante 1 hora mediante el vertido de la solución de ataque caliente in para la célula. </li></ol> Nota: La temperatura de la solución de ataque comenzará inmediatamente a disminuir una vez que se ha vertido en a la célula. Por lo tanto, la duración de ataque químico se aumenta a 1 hora de 30 min para las muestras de papel de aluminio para asegurar que todos película oxidada se retira. <ol start="5"><li> Enjuagar la celda de nuevo y anodizar una segunda vez bajo las mismas condiciones que la primera; para 4 min, usando ácido oxálico 3% a 30 V CC sesgo. </li><li> Repita el paso (2.4). Sin retirar la muestra de la celda plana, lavar la cubeta con agua DI y grabar la plantilla en ácido crómico-fosfórico a 60 ° C durante 1 hora mediante el vertido de la solución de ataque en caliente a la célula. </li><li> Enjuague la celda a cabo por última vez y llevar a cabo la tercera etapa de anodización (y última), con ácido oxálico 3% a 30 V DC. Monitorear la corriente del sistema para determinar cuándo parar. </li></ol> Nota: Las necesidades actuales para ser monitoreados durante la final de unperiodización. Después de los primeros segundos, la corriente se estabiliza en torno a 1-2 mA. Esto indica anodización uniforme se lleva a cabo. Una vez que el proceso de anodización ha consumido el aluminio restante, la solución de electrolito (ácido oxálico 3%) vendrá en ponerse en contacto con la capa de oro subyacente, lo que provocará un fuerte aumento de la corriente de anodización (Figura 3). En este punto, se detiene la anodización. El tiempo debe ser más o menos alrededor de los 4 min. Este aumento de la corriente no se observa en las muestras de papel de aluminio (Figura 3) debido a una capa de barrera uniforme separa la solución y el sustrato de metal. <ol start="8"><li> Realizar una etapa de abocardado de poro, similar al protocolo muestra de papel de aluminio por inmersión de la plantilla en ácido fosfórico al 5% a temperatura ambiente durante 40 min. </li></ol> Nota:. Esto ensancha los poros pero como el proceso de anodización se ha comido a través de la capa de barrera no quede nada para adelgazar Figura 4 muestra la estructura en capas de sustrato de vidrio / 20 nm de TiO 2/7 nm de Au / 500 nm porosa Al 2 O 3 con la ausencia de una capa de barrera y los poros claramente expuesta a que subyace película delgada de Au. Figura 5a y 5b muestran vacío AAO plantillas en papel de aluminio y sustratos de vidrio, respectivamente. 3. Centrifugar Crecimiento asistida de pequeños nanocables orgánicos moleculares dentro de los poros de la AAO Plantilla <ol><li> Preparar una solución saturada de la pequeña orgánico molecular en un disolvente adecuado. </li></ol> Nota: Las siguientes moléculas orgánicas y disolventes se han utilizado: rubreno en acetona, Alq 3 en cloroformo y PCBM en tolueno. De aquí en PCBM se conoce como la molécula de interés. <ol start="2"><li> Cargar las plantillas en la parte inferior de un tubo de ensayo de centrífuga de tal manera que el área de anodizado se enfrenta a la parte superior del tubo de ensayo. El tubo debe ser grande enough para adaptarse a la muestra en el interior. </li></ol> Nota: Para las muestras de papel de aluminio, es útil usar una oblea de tamaño similar para apoyar el papel de aluminio y evitar que se doblen durante la centrifugación como se describe a continuación la Figura 2 muestra una descripción esquemática de cómo se monta la muestra en la centrífuga.. <ol start="3"><li> Utilizar una pipeta para llenar el tubo de ensayo con suficiente solución PCBM de tal manera que la plantilla está completamente sumergido. </li><li> Cargar el tubo de ensayo en la centrífuga y una duración de 5 min a 6000 rpm. </li></ol> Nota: Si las muestras fueron montadas en el tubo de ensayo en un ángulo, asegurar el tubo de ensayo se monta de tal manera que la superficie anodizada está apuntando hacia el centro de la centrífuga (Figura 2). <ol start="5"><li> Una vez que la centrífuga se ha detenido, descargar los tubos de ensayo y se vierte la solución PCBM de los tubos. </li><li> Retire las plantillas de los tubos de ensayo, o lalero ellos en la parte inferior, para ~ 1 min para secar. </li><li> Repita los pasos 3.2 a 3.6 por lo que se han realizado un total de carreras de centrífuga 5-10. </li></ol> Nota: En situaciones donde hay baja solubilidad de la molécula pequeña en su disolvente, más carreras centrífuga ayudarán depósito de material en los nanoporos. <ol start="8"><li> Retirar la muestra de la parte inferior del tubo de ensayo y el uso de un bastoncillo de algodón empapado en tolueno (o el correspondiente disolvente) para limpiar suavemente la superficie de la plantilla, la eliminación de cualquier material que queda en la superficie de la plantilla. </li></ol>

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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>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Imagen física de nanocables Crecimiento En primer lugar es importante entender plenamente el método de crecimiento de los nanocables orgánicos. Una vez que sabemos exactamente cómo crecen y se forman a sí mismos en los poros que podemos utilizar este método de deposición al ingeniero nanoestructuras, dispositivos y materiales. En el pasado, los nanocables de polímero se han fabricado utilizando el procedimiento de humectación plantilla sin la ayuda de una centrífuga, pero para algunos...

Un método de la plantilla asistida se utiliza comúnmente para la fabricación de matrices de nanohilos orientadas verticalmente 1-3. Este método permite la fabricación directa de nanocables geometrías complejas tales como un 4-6 axialmente o radialmente 7 heterostructured superred nanocables, que son a menudo deseable en diversas aplicaciones electrónicas y ópticas. Además, este es un método nanosynthesis de bajo costo, de abajo hacia arriba con un alto rendimiento y versatilidad. Como resultado, plantilla dirigidas métodos han ganado popularidad entre los investigadores de todo el mundo 2,3. La idea básica del &quot;método de la plantilla-dirigida&quot; es como sigue. En primer lugar se fabrica una plantilla, que contiene una matriz de nanoporos cilíndricas orientadas verticalmente. A continuación, el material deseado se deposita dentro de los nanoporos hasta que se llenan los poros. Como resultado, el material deseado adopta la morfología de poros y forma una matriz de nanocables alojado dentro de la template. Finalmente, dependiendo de la aplicación de destino, la plantilla de host puede ser retirado. Sin embargo, esto también destruye el orden vertical. La geometría y las dimensiones de las nanoestructuras finales imitan la morfología de poros y por lo tanto la síntesis de la plantilla de acogida es una parte crítica del proceso de fabricación. Varios tipos de plantillas nanoporoso se han reportado en la literatura 8. Las plantillas más comúnmente usados ​​incluyen (a) un polímero grabadas por pistas membranas, (b) los copolímeros en bloque y (c) anódicos de óxido de aluminio (AAO) plantillas. Para crear las membranas de pista grabados al agua fuerte de polímero una hoja de polímero se irradia con iones de alta energía, que penetran por completo el papel de aluminio y dejan huellas latentes de iones dentro de la lámina de mayor 9. Las pistas se graban selectivamente a continuación para crear canales de tamaño nanométrico dentro de la hoja de polímero 9. Los canales de tamaño nanométrico pueden ampliarse aún más mediante una etapa de ataque químico adecuado. Los principales problemas de este método son la falta de uniformidad de thnanocanales electrónicos, falta de control de la ubicación, la distancia relativa falta de uniformidad entre los canales de baja densidad (número de canales por unidad de superficie ~ 10 8 / cm 2), y mal ordenados estructura porosa 1. En el método de copolímero de bloque primero se crea una plantilla de nanoporoso cilíndrica similares, seguido por el crecimiento del material deseado dentro de los poros 8. En el pasado, los métodos (a) y (b) mencionados anteriormente se han utilizado para la fabricación de nanocables de polímero 8. Sin embargo, estos métodos pueden no ser adecuados para la síntesis de nanocables de cualquier material orgánico arbitraria debido a la ausencia de potencial de grabado selectivo durante los pasos de post-procesamiento. Post-procesamiento típicamente implica la eliminación de la plantilla de acogida, que para las plantillas antes mencionadas requeriría disolventes orgánicos. Tales disolventes pueden tener un efecto perjudicial sobre las propiedades estructurales y físicas de los nanocables orgánicos. Sin embargo, estas plantillas funcionan como ideales hopts para nanocables inorgánicos tales como cobalto 10, el níquel, el cobre y multicapas metálicas 11, que no se ven afectados en el proceso de ataque químico que elimina el polímero huésped. Otro reto potencial de los métodos anteriormente mencionados es la pobre estabilidad térmica de la matriz huésped a temperaturas más altas. De alta temperatura de recocido se requiere a menudo para mejorar la cristalinidad de los nanocables orgánicos, lo que indica la necesidad de una buena estabilidad térmica de la matriz receptora. Controlado oxidación electroquímica de aluminio (también conocido como &quot;anodización&quot; de aluminio) es un proceso industrial bien conocida y se utiliza comúnmente en el automóvil, utensilios de cocina, aeroespacial y otras industrias para proteger la superficie de aluminio de la corrosión 12. La naturaleza del aluminio oxidado (o &quot;alúmina anódica&quot;) depende de manera crítica en el pH del electrolito utilizado para la anodización. Para aplicaciones de resistencia a la corrosión, la anodización se lleva a cabo generalmente con weak ácidos (pH ~ 5-7), lo que crea una, no poroso, &quot;tipo barrera&quot; pacto película de alúmina 12. Sin embargo, si el electrolito es fuertemente ácida (pH &lt;4), el óxido se convierte en &quot;porosa&quot; debido a la disolución local del óxido por los iones H +. El campo eléctrico local a través de la óxido determina la concentración local de los iones H + y por lo tanto la superficie de pre-patrón antes de la anodización ofrece cierto control sobre la estructura porosa final. Los poros son cilíndricos, con diámetro pequeño (~ 10-200 nm) y por lo tanto tales películas anódicas de alúmina nanoporoso se han utilizado ampliamente en los últimos años para la síntesis de nanocables de diversos materiales 2,3. Plantillas de alúmina anódica Nanoporous ofrecen mejor estabilidad térmica, alta densidad de poros, para poros de largo alcance, y excelente capacidad de ajuste de diámetro de poro, la longitud, la separación entre poros y la densidad de poros a través de una elección juiciosa de los parámetros de anodización tales como el pH del electrolito y anodización voltios2,3 años de edad. Debido a estas razones elegimos plantillas AAO como la matriz de host para el crecimiento de los nanocables orgánicos. Además, óxidos inorgánicos tales como alúmina tienen una alta energía de superficie, facilitando así la difusión uniforme de la solución orgánica (baja energía superficial) en la superficie de alúmina 13. Además, nuestro objetivo es hacer crecer estas matrices de nanohilos directamente sobre un conductor y / o sustrato transparente. Como resultado, el poro se cierra en el extremo inferior, que necesita consideración adicional como se describe a continuación. El crecimiento de nanocables dentro de una plantilla a través de poros y la posterior transferencia al sustrato deseado es a menudo indeseable debido a la mala calidad de interfaz y este método no es aún viable para nanocables de longitud corta (o plantillas delgadas) debido a la mala estabilidad mecánica de las plantillas delgadas . materiales orgánicos π-conjugados se pueden clasificar ampliamente en dos categorías: (a) los polímeros conjugados de cadena larga y (b) de peso molecular pequeño orgánica s<html> emiconductors. Muchos grupos han informado de síntesis de nanocables de polímero de cadena larga en los nanoporos cilíndricos de una plantilla de AAO en el pasado. Examen amplio sobre este tema está disponible en refs 8,14. Sin embargo, la síntesis de nanocables de importancia comercial moleculares orgánicos pequeños (tales como rubreno, tris-8-hidroxiquinolina de aluminio (Alq 3), y PCBM) en AAO es extremadamente rara. Deposición física de vapor de rubreno y Alq 3 dentro de los nanoporos de plantilla AAO ha informado de varios grupos 4,15-17. Sin embargo, sólo una capa delgada (~ 30 nm) de los orgánicos se puede depositar dentro de los poros (~ 50 nm de diámetro) y el depósito prolongado tiende a bloquear la entrada del poro 4,16,17. Llenado completo de poros se puede lograr en este método si el diámetro de poro es suficientemente grande (~ 200 nm) 15. Por lo tanto, es importante encontrar un método alternativo que es aplicable para diámetros de poro en el rango de sub 100 nm. &quot;&gt; Otro enfoque que se ha utilizado para algunos otros compuestos orgánicos pequeños moleculares es un denominado&quot; método de humectación plantilla de &quot;8,14. Sin embargo, en la mayoría de los informes de plantillas comerciales gruesas (~ 50 micras) con poros abiertos ambos laterales y de gran diámetro (~ 200 nm) se han utilizado. Tal método no ha producido nanocables en una cara poros cerrados como se ha mencionado antes, presumiblemente debido a la presencia de bolsas de aire atrapadas dentro de los poros, lo que impide la infiltración de la solución dentro de los poros. Tenemos previamente reportó un método novedoso que supera estos retos y permite el crecimiento de las pequeñas matrices de nanohilos orgánicos moleculares con dimensiones arbitrarias en cualquier sustrato deseado. A continuación, se describe el protocolo detallado, limitaciones y posibles modificaciones futuras.

<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

En los últimos años los semiconductores orgánicos π-conjugados se han convertido en el material activo en un número de diversas aplicaciones, incluyendo grandes superficies, pantallas de bajo costo, la energía fotovoltaica, electrónica imprimibles y flexibles y válvulas de espín orgánicos. Organics permiten (a) de bajo costo, el procesamiento a baja temperatura y (b) el diseño a nivel molecular de las características de transporte, equipos de óptica y efectos. Estas funciones no están disponibles para los principales semiconductores inorgánicos, que han permitido orgánicos hacerse un hueco en el mercado de la electrónica de silicio-dominado. La primera generación de dispositivos de base orgánica se ha centrado en geometrías de película delgada, que se cultiva por deposición física de vapor o de procesamiento de solución. Sin embargo, se ha dado cuenta de que nanoestructuras orgánicas se pueden utilizar para mejorar el rendimiento de las aplicaciones antes mencionadas y esfuerzo se ha invertido en la exploración de métodos para la fabricación de nanoestructuras orgánica. t &quot;&gt; Una clase particularmente interesante de nanoestructuras orgánicas es aquel en el que los nanocables orgánicos orientados verticalmente, nanovarillas o nanotubos se organizan en una matriz bien reglamentado, de alta densidad. Tales estructuras son muy versátiles y son arquitecturas morfológicos ideales para diversas aplicaciones tales como sensores químicos, nanoantenas división-dipolo, dispositivos fotovoltaicos con nanocables radialmente heterostructured &quot;core-shell&quot;, y dispositivos de memoria con una geometría de punto de cruce. Tal arquitectura se realiza generalmente por un enfoque dirigida por molde. En el pasado, este método ha sido utilizadas para el cultivo de metal y matrices de nanocables semiconductores inorgánicos. Más recientemente π-conjugado nanocables de polímero se han cultivado en las plantillas nanoporoso. Sin embargo, estos enfoques han tenido un éxito limitado en el cultivo de nanocables de pequeños compuestos orgánicos de peso molecular π-conjugados tecnológicamente importantes, tales como tris- 8-hidroxiquinolina aluminio (Alq 3), rubreno y métodosanofullerenes, que se utilizan comúnmente en diversas áreas, incluyendo pantallas orgánicas, la energía fotovoltaica, transistores de película delgada y espintrónica. Recientemente hemos sido capaces de resolver el problema antes mencionado mediante el empleo de un enfoque novedoso &quot;centrifugación asistida&quot;. Este método por lo tanto amplía el espectro de materiales orgánicos que pueden ser modelados en una matriz de nanocables ordenadas verticalmente. Debido a la importancia tecnológica de AIq 3, rubreno y methanofullerenes, nuestro método puede ser utilizado para explorar cómo la nanoestructuración de estos materiales afecta el rendimiento de los dispositivos orgánicos antes mencionados. El propósito de este artículo es describir los detalles técnicos del protocolo mencionado, demuestran cómo este proceso puede extenderse a crecer nanocables orgánicos de pequeña moleculares sobre sustratos arbitrarias y, por último, para discutir los pasos críticos, limitaciones, posibles modificaciones, problemas de problemas de aplicaciones y futuras.

Como lo demuestran las cifras que se muestran a continuación (Figuras 5 y 6), este método de fundición centrífuga caída asistida produce nanocables continuas. Los nanocables, fabricados en el interior de los poros de la plantilla de AAO, se alinean verticalmente, uniforme y aislados eléctricamente entre sí con fondos nevados. El diámetro de los nanocables se determina por el diámetro de los poros en la plantilla. Ellos se pueden fabricar con éxito en varios sustratos diferente...

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

Se presenta un método simple para la fabricación de una gama de densidad ultra alta de nanocables orgánicos de pequeña moleculares ordenados verticalmente. Este método permite la síntesis de complejas geometrías de nanocables híbridos heterostructured, que puede ser poco costosa cultivan en sustratos arbitrarias. Estas estructuras tienen potenciales aplicaciones en la electrónica orgánica, la optoelectrónica, sensores químicos, la energía fotovoltaica y espintrónica.

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

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 vistas.  University of Alberta. Se presenta un método simple para la fabricación de una gama de densidad ultra alta de nanocables orgánicos de pequeña moleculares ordenados verticalmente. Este método permite la síntesis de complejas geometrías de nanocables híbridos heterostructured, que puede ser poco costosa cultivan en sustratos arbitrarias. Estas estructuras tienen potenciales aplicaciones en la electrónica orgánica, la optoelectrónica, sensores químicos, la energía fotovoltaica y espin...

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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 litografía para la generación de microempresas y patrones de submicrónicas de sustratos poliméricos

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

Investigación

Ingeniería

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.

Controlar el tamaño, forma y estabilidad de los polímeros supramoleculares en el agua

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 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.

Preparación y uso de fotocatalíticamente activo segmentado Ag | ZnO y coaxial de TiO<sub&gt; 2</sub&gt; AG-nanocables hechos por electrodeposición con plantilla

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.

Resonancia Raman Spectroscopy de nanocables de riesgo y otros sistemas 1D

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.

Un método de fabricación de conductores altamente extensibles con nanocables de plata

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.

Efecto de doblez en las características eléctricas de los transistores de efecto de campo basados ​​en cristal orgánico único flexible

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.

Control de la morfología de las células solares a granel-heterounión orgánica-inorgánica completamente para imprimir Sobre la base de un Ti-alcóxido y semiconductores de polímero

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%.

Bien alineados verticalmente orientado a ZnO Nanorod matrices y su aplicación en invertida pequeña molécula de las células solares

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