Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalla NSERC, CSEE, NanoBridge e TRLabs.

Come menzionato sopra, i due passaggi chiave nel processo di fabbricazione AAO-based sono (a) sintesi del modello AAO vuoto su arbitrario (principalmente conduttivo e / o trasparenti) substrati (descrizione schematica in figura 1) e (b) la crescita del piccolo nanofili organici molecolari all&#39;interno nanopori del modello AAO (Figura 2). In questa sezione forniamo una descrizione dettagliata di questi processi. 1. Crescita di alluminio anodizzato di ossido (AAO) Templates su substrati in alluminio conduttivi <ol><li> Creare modelli di allumina nanoporosi dalla prima pulitura fogli di alluminio e poi anodizzazione (o elettrochimica ossidante) loro. Iniziate ritagliando piccoli (~ 2 x 2 cm 2) fogli di alluminio di elevata purezza (non lucidato 99,997%) con spessore 250 micron. </li><li> In luogo di elettrolucidatura, viene utilizzato un semplice processo di lucidatura chimico 18. Immergere un piccolo numero di 2 x 2 cm 2 fogli in nitrico-mordenzante acido fosforico a 80 ° C su una piastra per 5 min. </li></ol> Nota: La soluzione di acido nitrico, fosforico usato per pretrattare i fogli di alluminio è di 15 parti di 68% di acido nitrico e 85 parti di 85% di acido fosforico. Un passo lucidatura è necessaria prima di anodizzazione causa rugosità superficiale di alluminio come-acquistati è dell&#39;ordine di alcuni micron, che crea un campo elettrico non uniforme sulla superficie e previene la formazione di una matrice poro ordinato. In letteratura, elettrolucidatura è stato ampiamente utilizzato per questo scopo 2,3. Tuttavia, lucidatura chimica è un buon mercato e facile alternativa, che produce anche superfici lucide con comparabili (o migliori) scorrevolezza 18. <ol start="3"><li> Dopo incisione, neutralizzare le lamine in 1 M di idrossido di sodio per 20 min. Queste pellicole &quot;chimicamente lucidati&quot; sono ora pronti per essere anodizzato. </li><li> Caricare i fogli in alluminio lucido per le cellule piatte e li anodizzare per 15 min con il 3% OXALacido ic a 40 V DC bias. </li></ol> Nota: Per i campioni lamina viene eseguito un processo di anodizzazione in due fasi per migliorare poro ordinare 2,3,19. Questo primo passo creerà uno strato di ossido poroso sulla superficie Al e fossette nanoscala all&#39;interfaccia alluminio / allumina, che agiscono come i siti di inizio per la crescita dei pori durante la seconda fase di anodizzazione. <ol start="5"><li> Etch il campione in acido cromico-fosforico rimuovendolo dalla cellula piatta. Immergere il campione in un becher di mordenzante su una piastra calda a 60 ° C per ~ 30 minuti per rimuovere lo strato di ossido iniziale. </li><li> Ripetere il processo di anodizzazione (passo 1,4) per 2,5 min, mantenendo tutti gli altri parametri invariati. Cercare di riallineare il foglio nella cella piatta tale che la stessa area anodizzato nella fase (1.4) sarà nuovamente esposto al elettrolita. </li></ol> Nota: Il tempo della fase di anodizzazione finale determina lo spessore della finalestrato di ossido e può essere modificata di conseguenza. Durata di 2,5 minuti. corrisponde ad un film (lunghezza dei pori) di ~ 500 nm. Al termine della seconda fase una matrice nanoporo ben ordinata viene creato nel livello allumina anodica. L&#39;anodizzazione e ciclo incisione possono essere ripetute per migliorare ulteriormente ordinamento poro. <ol start="7"><li> Immergere il modello in 5% di acido fosforico a temperatura ambiente per 40 min per assottigliare lo strato barriera in fondo nanopori e allargare il diametro nanoporo. Diametro nanoporo finale dopo questo passaggio è ~ 60-70 nm. </li></ol> 2. Crescita di AAO Templates su supporti trasparenti (vetro) <ol><li> Depositare il seguente sistema multistrato in sequenza su vetrini puliti: TiO2 (20 nm, deposizione di strati atomici), Au (7 nm, sputtering), Al (1 micron, sputtering). </li></ol> Nota: Lo strato di Au funge da elettrodo, richiesto per anodizzazione, e non si deteriora trasparenza 20 &lt;/ Sup&gt;. Il TiO2 funge da strato di adesione trasparente tra l&#39;UA e substrato di vetro. <ol start="2"><li> Fissare elettrodi lamina alla superficie del film sottile di alluminio da anodizzare utilizzando una resina epossidica argento conduttiva. Questo si tradurrà in un corretto collegamento dalla sorgente di alimentazione di campione migliorando la distribuzione della corrente. </li></ol> Nota: Poiché non vi è molto poco alluminio depositato sul substrato di vetro, tecniche menzionate prima lucidatura non sono vitali per appiattire la superficie di alluminio. Invece, questo protocollo di modifica della procedura di anodizzazione per incorporare un altro passo anodizzazione / acquaforte. <ol start="3"><li> Caricare il campione alla cella piatta e anodizzare il film sottile di alluminio per 4 min con 3% di acido ossalico a 30 V DC bias. </li><li> Senza rimuovere il campione dalla cella piatta, sciacquare la cella con acqua DI e etch il modello in acido cromico-fosforico a 60 ° C per 1 ora versando il caldo mordenzante in alla cella. </li></ol> Nota: La temperatura del mordenzante inizierà immediatamente a diminuire una volta che è stato versato in alla cella. Pertanto, la durata di incisione viene aumentato a 1 ora da 30 min per i campioni stagnola per garantire tutte pellicola ossidata viene rimosso. <ol start="5"><li> Sciacquare la cella di nuovo e anodizzare una seconda volta nelle stesse condizioni della prima, per 4 min, utilizzando 3% di acido ossalico al 30 V DC bias. </li><li> Ripetere il punto (2,4). Senza rimuovere il campione dalla cella piatta, sciacquare la cella con acqua DI e etch il modello in acido cromico-fosforico a 60 ° C per 1 ora versando il mordenzante caldo alla cella. </li><li> Risciacquare la cella fuori per l&#39;ultima volta ed eseguire la terza fase di anodizzazione (e ultimo), con il 3% di acido ossalico a 30 V DC. Monitorare la corrente del sistema per determinare quando interrompere. </li></ol> Nota: le esigenze attuali da monitorare durante la finale di unodization. Dopo i primi secondi, la corrente si stabilizza intorno a 1-2 mA. Questo indica anodizzazione uniforme è in corso. Una volta che il processo di anodizzazione dell&#39;alluminio ha consumato il rimanente, la soluzione elettrolitica (3% di acido ossalico) verrà a contatto con lo strato sottostante oro, che causerà un brusco aumento della corrente di anodizzazione (Figura 3). A questo punto, l&#39;anodizzazione è fermo. Il tempo dovrebbe essere grosso modo intorno al marchio di 4 min. Questo aumento di corrente non è osservata in campioni di pellicola (Figura 3) poiché uno strato barriera uniforme separa la soluzione e substrato metallico. <ol start="8"><li> Eseguire un passo ampliamento poro, simile al protocollo campione lamina immergendo il modello in 5% di acido fosforico a temperatura ambiente per 40 min. </li></ol> Nota:. Questa allargherà i pori, ma dal momento che il processo di anodizzazione ha mangiato attraverso lo strato di barriera non c&#39;è nessuno a sinistra per assottigliare Figura 4 mostra la struttura stratificata del substrato di vetro / 20 nm TiO 2/7 nm Au / 500 nm poroso Al 2 O 3 con l&#39;assenza di uno strato di barriera e pori ovviamente esposti al sottostante film sottile Au. Figure 5a e 5b mostrano vuoto all&#39;AAO modelli sul foglio e substrati di vetro rispettivamente. 3. Centrifugare Crescita assistita delle piccole Nanofili organici molecolari all&#39;interno dei pori della AAO Template <ol><li> Preparare una soluzione satura del piccolo organico molecolare in un solvente adatto. </li></ol> Nota: Le seguenti molecole organiche e solventi sono stati utilizzati: Rubrene in acetone, Alq 3 in cloroformio e PCBM in toluene. Da qui in PCBM viene indicato come la molecola di interesse. <ol start="2"><li> Caricare i modelli in al fondo di una provetta da centrifuga tali che la superficie anodizzata sia rivolto verso la parte superiore della provetta. Il tubo deve essere grande enough per adattarsi all&#39;interno del campione. </li></ol> Nota: Per campioni stagnola, è utile utilizzare un wafer di dimensioni simili a sostenere la lamina ed evitare flessioni durante la centrifugazione come descritto di seguito La Figura 2 mostra una schematica descrizione di come il campione è montato nella centrifuga.. <ol start="3"><li> Utilizzare una pipetta per riempire la provetta con soluzione PCBM sufficiente tale che il modello è completamente sommerso. </li><li> Caricare la provetta nella centrifuga e correre per 5 min a 6000 rpm. </li></ol> Nota: Se i campioni sono stati montati nella provetta in un angolo, garantire la provetta è montato in modo tale che la superficie anodizzata sia rivolta verso il centro della centrifuga (Figura 2). <ol start="5"><li> Una volta che la centrifuga ha smesso, scaricare le provette e versare la soluzione PCBM dai tubi. </li><li> Rimuovere i modelli dalle provette, o lli gronda in basso, per ~ 1 min ad asciugare. </li><li> Ripetere i passaggi 3,2-3,6 in modo che un totale di 5-10 piste centrifuga sono stati eseguiti. </li></ol> Nota: In situazioni in cui vi è scarsa solubilità della piccola molecola nel suo solvente, più corse centrifuga aiuteranno deposito più materiale nei nanopori. <ol start="8"><li> Rimuovere il campione dal fondo della provetta e utilizzare un batuffolo di cotone imbevuto di toluene (o il rispettivo solvente) per pulire delicatamente la superficie del modello, eliminando qualsiasi materiale che rimane sulla superficie del modello. </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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

Immagine fisica per Nanowire crescita E &#39;importante prima di capire appieno il metodo di crescita dei nanofili organici. Una volta che sappiamo esattamente come crescono e si formano nei pori che possiamo usare questo metodo di deposizione di nanostrutture engineer, dispositivi e materiali. In passato, nanofili polimerici sono stati fabbricati usando senza l&#39;assistenza di una centrifuga procedura bagnatura template, ma per alcuni materiali come piccole molecole organiche, abbiamo trovat...

Un modello di metodo-assistita è comunemente usato per la fabbricazione di orientamento verticale array di nanofili 1-3. Questo metodo permette la fabbricazione diretta di complesse geometrie nanofili come un senso assiale o radiale 4-6 7 heterostructured nanofili superlattice, che sono spesso desiderabile in varie applicazioni di elettronica e ottica. Inoltre, questo è un basso costo, metodo nanosynthesis bottom-up con elevata produttività e versatilità. Di conseguenza, i metodi di template-diretti hanno riscosso un enorme successo tra i ricercatori di tutto il mondo 2,3. L&#39;idea di base del &quot;metodo template-diretto&quot; è la seguente. In primo luogo un modello è fabbricato, che contiene una serie di nanopores cilindrici orientati verticalmente. Successivamente, il materiale desiderato è depositato entro i nanopori finché i pori sono riempiti. Come risultato il materiale desiderato adotta la morfologia dei pori e forma una matrice nanofili ospitato all&#39;interno della template. Infine, a seconda dell&#39;applicazione di destinazione, il modello host può essere rimosso. Tuttavia, questo distrugge anche l&#39;ordine verticale. La geometria e le dimensioni delle nanostrutture finali imitano la morfologia dei pori e, quindi, la sintesi del modello host è una parte critica del processo di fabbricazione. Vari tipi di modelli nanoporous sono stati riportati in letteratura 8. I modelli più comunemente usati comprendono (a) polimeri tracce incise membrane, (b) copolimeri a blocchi e (c) di ossido di alluminio anodizzato (AAO) modelli. Per creare le tracce incise membrane polimeriche una lamina polimerica viene irradiato con ioni ad alta energia, che penetrano completamente la pellicola e lasciano tracce di ioni latenti all&#39;interno della lamina bulk 9. I brani vengono poi selettivamente incise per creare canali di dimensioni nanometriche all&#39;interno del foglio di polimero 9. I canali nanometriche possono essere ulteriormente ampliati da un fase di attacco adatto. I problemi chiave con questo metodo sono la non uniformità del secoloposta nanocanali, la mancanza di controllo della posizione, distanza relativa non uniforme tra i canali, a bassa densità (numero di canali per unità di superficie ~ 10 8 / cm 2), e poco ordinato struttura porosa 1. Nel metodo copolimero a blocchi di un modello nanoporoso cilindrico simile viene creato, seguito dalla crescita di materiale desiderato all&#39;interno dei pori 8. In passato, i metodi (a) e (b) di cui sopra sono stati utilizzati per fabbricare nanofili polimerici 8. Tuttavia, questi metodi non possono essere adatti per la sintesi di nanofili di qualsiasi materiale organico arbitrario a causa della potenziale assenza di attacco selettivo durante fasi di post-elaborazione. Post-elaborazione in genere comporta la rimozione del template host, che per i modelli sopra menzionati richiederebbe solventi organici. Tali solventi possono avere effetti deleteri sulle proprietà strutturali e fisiche dei nanofili organici. Tuttavia, questi modelli funzionano come ideale hom per lo nanofili inorganici come cobalto 10, nichel, rame e multistrati metallici 11, che rimangono inalterate nel processo di attacco che rimuove il polimero ospitante. Un altro potenziale sfida per i suddetti metodi è la scarsa stabilità termica della matrice ospite a temperature più elevate. Elevata temperatura di ricottura è spesso necessaria per migliorare cristallinità dei nanofili organici, che indica la necessità di una buona stabilità termica della matrice ospite. Controllata ossidazione elettrochimica di alluminio (anche conosciuto come &quot;anodizzazione&quot; di alluminio) è un processo industriale ben noto ed è comunemente usato in automobile, pentole, aerospaziale e in altri settori per tutelare superficie di alluminio dalla corrosione 12. La natura del alluminio ossidato (o &quot;allumina anodica&quot;) dipende criticamente il pH dell&#39;elettrolita utilizzato per anodizzazione. Per le applicazioni di resistenza alla corrosione, anodizzazione viene generalmente eseguita con WEAk acidi (pH ~ 5-7), che creano un compatto, non poroso, &quot;barriera di tipo&quot; film di allumina 12. Tuttavia, se l&#39;elettrolito è fortemente acido (pH &lt;4), l&#39;ossido diventa &quot;poroso&quot; a causa di dissoluzione locale dell&#39;ossido dagli ioni H +. Il campo elettrico locale attraverso l&#39;ossido determina la concentrazione locale degli ioni H + e quindi superficie pre-patterning prima anodizzazione offre alcuni controllo sulla struttura porosa finale. I pori sono cilindriche, con diametro piccolo (~ 10-200 nm) e, quindi, tali film di allumina anodica nanoporosi sono stati ampiamente utilizzati in questi anni per la sintesi di nanofili di vari materiali 2,3. Nanoporous templates allumina anodica offrono una migliore stabilità termica, alta densità di pori, poro ordine a lungo raggio, ed eccellente tunability del diametro dei pori, lunghezza, separazioni tra poro e densità di pori attraverso scelta giudiziosa di anodizzazione parametri quali pH dell&#39;elettrolita e anodizzazione volt2,3 anni. Per questi motivi abbiamo scelto modelli di AAO come la matrice di host per la crescita nanocavi organica. Ulteriormente, ossidi inorganici come allumina hanno elevata energia superficiale, facilitando così uniforme diffusione della soluzione organica (bassa energia superficiale) sulla superficie allumina 13. Inoltre, il nostro obiettivo è quello di coltivare queste matrici nanofili direttamente su un conduttore e / o substrato trasparente. Come risultato, il poro è chiuso all&#39;estremità inferiore, che richiede ulteriore considerazione mentre descriviamo qui di seguito. Crescita di nanofili all&#39;interno di un modello tramite poro e successivo trasferimento al substrato desiderato è spesso indesiderabile a causa della scarsa qualità dell&#39;interfaccia e questo metodo non è nemmeno fattibile per nanofili di breve lunghezza (o modelli sottili) a causa della scarsa resistenza meccanica dei modelli sottili . materiali organici π-coniugati possono essere classificati in due categorie: (a) polimeri coniugati a catena lunga e (b) piccolo peso molecolare organico s<html> emiconductors. Molti gruppi hanno riportato la sintesi di polimeri a catena lunga nanofili entro i nanopori cilindriche di un modello AAO in passato. Rassegna completa su questo argomento è disponibile in refs 8,14. Tuttavia, sintesi di nanofili di importanti commercialmente piccole molecolari organiche (ad esempio Rubrene, tris-8-idrossichinolina alluminio (Alq 3), e PCBM) in AAO è estremamente raro. Physical Vapor Deposition di Rubrene e Alq 3 entro i nanopori del modello AAO è stata riportata da diversi gruppi 4,15-17. Tuttavia, solo un sottile strato (circa 30 nm) di sostanze organiche può essere depositato all&#39;interno dei pori (diametro ~ 50 nm) e deposizione prolungato tende a bloccare l&#39;ingresso poro 4,16,17. Completo riempimento dei pori può essere realizzato in questo metodo se il diametro dei pori è sufficientemente grande (~ 200 nm) 15. Quindi è importante trovare un metodo alternativo che è applicabile per i diametri dei pori nella sub 100 nm gamma. &quot;&gt; Un altro approccio che è stato utilizzato per alcuni altri prodotti organici piccola-molecolari è un cosiddetto&quot; template bagnante &quot;metodo 8,14. Tuttavia, nella maggior parte dei rapporti modelli commerciali spesse (~ 50 micron) con entrambi i pori aperti laterali e ampi diametri (~ 200 nm) sono stati utilizzati. Tale metodo non ha prodotto nanofili in un lato i pori chiusi, come accennato prima, presumibilmente a causa della presenza di bolle d&#39;aria intrappolate all&#39;interno dei pori, che impedisce l&#39;infiltrazione della soluzione all&#39;interno dei pori. Abbiamo precedentemente segnalato un nuovo metodo che supera queste sfide e permette la crescita di piccoli array di nanofili molecolari organici con dimensioni arbitrarie su qualsiasi supporto desiderato. In ciò che segue, descriveremo il protocollo dettagliato, eventuali limitazioni e modifiche future.

<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

Negli ultimi anni semiconduttori organici π-coniugati sono emersi come il materiale attivo in una serie di diverse applicazioni tra cui, i display di grande superficie a basso costo, fotovoltaico, elettronica stampabili e flessibili e valvole di spin organiche. Organics consentono (a) a basso costo, di trasformazione a bassa temperatura e (b) la progettazione molecolare a livello di caratteristiche di trasporto elettroniche, ottiche e di spin. Tali caratteristiche non sono facilmente disponibili per i semiconduttori inorganici mainstream, che hanno permesso organiche di ritagliarsi una nicchia nel mercato dell&#39;elettronica di silicio-dominato. La prima generazione di dispositivi a base organica è concentrata su geometrie film sottile, coltivati ​​dalla deposizione fisica di vapore o di trasformazione soluzione. Tuttavia, si è capito che nanostrutture organiche possono essere utilizzati per migliorare le prestazioni delle applicazioni di cui sopra e notevole sforzo è stato investito a esplorare metodi per la fabbricazione di nanostrutture organiche. t &quot;&gt; Una classe particolarmente interessante di nanostrutture organiche è quello in cui nanofili organici orientati verticalmente, nanotubi o nanotubi sono organizzati in una ben irreggimentato, array ad alta densità. Tali strutture sono molto versatili e sono architetture morfologiche ideali per varie applicazioni tali come sensori chimici, nanoantenne split-dipolo, dispositivi fotovoltaici con radialmente heterostructured nanocavi &quot;core-shell&quot;, e dispositivi di memoria con una geometria a croce. Tale architettura è generalmente realizzato da un approccio modello-diretto. In passato questo metodo è stato adibite alla coltivazione di metallo e inorganici semiconduttori array di nanofili. Più recentemente π-coniugato nanofili polimerici sono state coltivate all&#39;interno di modelli nanoporosi. Tuttavia, questi approcci hanno avuto un successo limitato in crescita di nanofili tecnologicamente importanti π-coniugati piccoli organici peso molecolare, come tris- 8-idrossichinolina alluminio (Alq 3), e Rubrene metanofullerenes, che vengono comunemente utilizzati in diverse aree tra cui display organici, fotovoltaico, transistor a film sottile e spintronica. Recentemente siamo stati in grado di risolvere il problema di cui sopra utilizzando un nuovo approccio &quot;centrifugazione-assistita&quot;. Questo metodo allarga quindi lo spettro di materiali organici che possono essere modellati in un array di nanofili ordinato verticalmente. Per l&#39;importanza tecnologica di Alq 3, Rubrene e methanofullerenes, il nostro metodo può essere utilizzato per esplorare come la nanostrutturazione di questi materiali influisce sulle prestazioni di dispositivi organici summenzionati. Lo scopo di questo articolo è quello di descrivere i dettagli tecnici del protocollo summenzionato, dimostrano come questo processo può essere esteso a crescere nanofili organici piccolo-molecolari su substrati arbitrarie e, infine, per discutere i punti critici, le limitazioni, le possibili modifiche, le difficoltà -Shooting applicazioni e futuro.

Come testimoniano i dati riportati di seguito (figure 5 e 6), questo metodo di fusione assistita goccia centrifuga produce continue nanofili. I nanofili, realizzati all&#39;interno dei pori del modello AAO, sono allineati verticalmente, uniforme, e isolate elettricamente l&#39;una dall&#39;altra con fondali ricoperti. Il diametro dei nanofili è determinato dal diametro dei pori nel modello. Essi possono essere fabbricati con successo su diversi substrati diversi, che portano alla poten...

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

Riportiamo un metodo semplice per la realizzazione di una vasta gamma di densità altissima di ordine verticale nanofili organici piccolo-molecolari. Questo metodo consente la sintesi di complessi heterostructured geometrie nanofili ibridi, che possono essere coltivate su substrati a buon arbitrari. Queste strutture hanno potenziali applicazioni in elettronica organica, optoelettronica, sensori chimici, fotovoltaico e spintronica.

Altissima densità Array of allineato verticalmente Nanofili organici piccola molecolari su substrati arbitrarie

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 Views.  University of Alberta. Riportiamo un metodo semplice per la realizzazione di una vasta gamma di densità altissima di ordine verticale nanofili organici piccolo-molecolari. Questo metodo consente la sintesi di complessi heterostructured geometrie nanofili ibridi, che possono essere coltivate su substrati a buon arbitrari. Queste strutture hanno potenziali applicazioni in elettronica organica, optoelettronica, sensori chimici, fotovoltaico e spintronica.

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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 litografia per la generazione di Micro-e submicroniche modelli sul Polymer Substrati

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

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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.

Controllo della dimensione, forma e stabilità dei polimeri supramolecolari in acqua

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.

Monostrato Contatto doping di silicio superfici e nanofili Uso organofosforici Composti

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.

Valutare plasmoniche Trasporti in Current-carrying Argento Nanowires

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.

Preparazione e utilizzo di fotocataliticamente attivo segmentata Ag | ZnO e coassiale TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-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 ...

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.

Risonanza Spettroscopia Raman di estrema nanofili e altri sistemi 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 metodo di fabbricazione di conduttori è molto estensibile con argento Nanofili

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.

Effetto di piegare sulle caratteristiche elettriche di transistor ad effetto di campo basati su cristallo Flexible Organic singolo

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.

Controllo Morfologia per Bulk-eterogiunzione completamente stampabili celle solari organiche-inorganici a base di un Ti-alcossido e semiconduttore 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%.

Ben allineati verticalmente orientato ZnO Nanorod matrici e la loro applicazione in invertito piccola molecola solare celle

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