この作品は、財政的にNSERC、CSEE、ナノブリッジとTRLabsによってサポートされています。

上述したように、AAOベース製造プロセスの2つの重要なステップは、（）は、任意の（主に導電性および/ ​​または透明）基板（ 図1の回路図説明）上の空AAOテンプレートの合成と小の（b）の成長であるAAOテンプレート（ 図2）のナノ細孔内の分子有機ナノワイヤー。このセクションでは、これらのプロセスの詳細な説明を提供します。 1。導電性アルミ基板上に陽極酸化アルミニウム（AAO）テンプレートの成長<ol><li> （または電気化学的に酸化する）、それらを陽極酸化処理後、第1研磨アルミ箔によるナノポーラスアルミナテンプレートを作成し、。厚さが250μmで高純度玄米アルミニウムの小さい（〜2×2 cm 2）のシート（99.997パーセント）を切り出すことから始めます。 </li><li>電解研磨の代わりに、単純な化学研磨工程18が使用される。水没で硝酸-2×2 cm 2とシートの数が少ない80リン酸エッチング液で5分間ホットプレート上でC。 </li></ol> 注：前処理アルミニウム板を用いる硝酸、リン酸溶液は、68％硝酸85部と85％リン酸15重量部である。として購入したアルミニウムの表面粗さが数ミクロン、表面に不均一な電場を生成し、順序付き孔アレイの形成を防止するのオーダーであるため、研磨工程の前陽極酸化する必要がある。文献で ​​は、電解研磨は、この目的のために2,3広く用いられている。しかし、化学的研磨も匹敵する（またはそれ以上）滑らかさ18と研磨面が得られ、安価で容易に代替です。 <ol start="3"><li>エッチング後、20分間の1M水酸化ナトリウムを中和箔。これらの &quot;化学研磨&quot;箔は今アルマイト処理する準備ができました。 </li><li>平らな細胞に磨かれたアルミニウムシートをロードし、3％のoxalで15分のためにそれらを陽極酸化40 V DCバイアス時のIC酸。 </li></ol> 注：フォイルサンプルについて二段階の陽極酸化処理は細孔順序2,3,19を改善するために行われる。この最初のステップでは、陽極酸化の第二段階の間に気孔成長のための開始部位として機能するアルミニウム/アルミナ界面で多孔質酸化Al表面上の層とナノスケールディンプルが作成されます。 <ol start="5"><li>フラットセルからそれを除去することにより、クロム - リン酸でエッチングするサンプル。 °C〜30分間の初期の酸化物層を除去するために60℃のホットプレート上でエッチング液のビーカーに試料を浸し。 </li><li>他のすべてのパラメータを変更せず維持しながら2.5分間陽極酸化処理（ステップ1.4）を繰り返します。ステップ（1.4）でアルマイト同じ領域が再び電解質にさらされるような平らな細胞で箔を再調整してみます。 </li></ol> 注意：最後の陽極酸化工程の時間は、最終の厚さを決定酸化物層は、それに応じて変更することができる。 2.5分の時間。 〜500nmの膜厚（細孔の長さ）に相当する。第二段階の終了時に秩序ナノポアアレイは陽極酸化アルミナ層に作成される。陽極酸化及びエッチングサイクルをさらに細孔順序を改善するために繰り返すことができる。 <ol start="7"><li>ナノ細孔の底部に障壁層を薄くし、ナノポアの直径を広げる40分間、室温で5％リン酸に沈め、テンプレート。このステップの後に最終的なナノ細孔径は約60〜70程度である。 </li></ol> 2。透明基板上のAAOテンプレートの成長（ガラス） <ol><li>洗浄したガラススライド上に順次、次の多層システムを預ける：TiO 2の （20 nmであり、原子層堆積）のAu（7nmで、スパッタリング）、アル（1μM、スパッタリング）。 </li></ol> 注：Au層を陽極酸化するために必要な電極として機能し、透明20を損なわない&lt;/&gt;（商標）。 TiO 2の Au及びガラス基板の間に透明な接着層として作用する。 <ol start="2"><li>導電性銀エポキシを使用アルマイトようにアルミニウムの薄膜の表面に箔電極を取り付けます。電流分布を向上させながら、これは、動力源から試料への適切な接続をもたらす。 </li></ol> 注：前述の技法を研磨し、ガラス基板上に堆積され、ほとんどのアルミニウムが存在するため、アルミニウム表面を平坦化するために実行不可能である。代わりに、このプロトコルは、別の陽極酸化/エッチング工程を組み込むために陽極酸化手順を変更します。 <ol start="3"><li>フラットセルにサンプルをロードし、30 V DCバイアスで3％のシュウ酸を使用して4分間アルミニウム薄膜を陽極酸化。 </li><li>私は暑いのエッチング液を注ぐことにより、フラット細胞からサンプルを削除せずに、DI水で細胞を洗い、エッチ60クロム - リン酸でテンプレート℃で1時間セルからn。 </li></ol> 注：エッチング液の温度はすぐにそれが細胞に注がれた後、減少し始めます。したがって、エッチングの継続時間は、全ての酸化膜が除去されるように、箔試料30分間から1時間に増加する。 <ol start="5"><li> 30 V DCバイアスで3％のシュウ酸を使用して、4分間、再びセルすすいと最初と同じ条件で二度目の陽極酸化。 </li><li>ステップ（2.4）を繰り返します。フラットセルからサンプルを削除せずに、セルにホットエッチャントを注ぐことによって、1時間60℃DI水とクロム - リン酸でエッチングテンプレート°Cでセルをすすぎ。 </li><li>最後の時間のために、細胞を洗浄し、第三の（そして最後の）陽極酸化ステップを実行し、30 V DCで3％のシュウ酸を用いた。停止するタイミングを決定するために、システムの電流を監視します。 </li></ol> 注：最後の時に監視するために、現在のニーズodization。最初の数秒後、現在は1〜2周りmAで安定します。これは均一な陽極酸化が行われていることを示します。陽極酸化処理は、残りのアルミを消費した後、電解質溶液（3％シュウ酸）は、現在の陽極酸化（ 図3）の急激な増加の原因となる基本的な金の層、と連絡することになるだろう。この時点で、陽極酸化処理が停止される。時間は4分マークの周り大体でなければなりません。均一なバリア層は溶液と金属基板を分離するため、この電流の上昇は、箔サンプル（ 図3）において観察されない。 <ol start="8"><li> 40分間室温で5％リン酸でテンプレートを浸漬することによって、箔試料プロトコルに類似した細孔拡幅工程を行う。 </li></ol> 注：これは、毛穴を広げますが、陽極酸化処理が薄いに委ね未がないバリア層を通して食べているためでしょうFiを提供しています 。グレ4は、ガラス基板/ 20nmのバリア層の有無とのTiO 2/7程度のAu / 500nmの多孔性のAl 2 O 3の層構造を示し、明確に金薄膜の根底に露出気孔。 図5aおよび5bは空AAOを示すそれぞれ箔とガラス基板上のテンプレート。 3。 AAOテンプレートの細孔内に低分子有機ナノワイヤーの成長支援を遠心<ol><li>適切な溶媒中で低分子の有機の飽和溶液を準備します。 </li></ol> 注：以下の有機分子と溶媒が使用されている：アセトン、トルエンでクロロホルムとPCBMにおけるAlq 3をでル ​​ブレン。ここからはPCBMは、目的の分子と呼ばれています。 <ol start="2"><li>陽極酸化領域は試験管の上部に対向するよう遠心試験管の底にテンプレートを読み込む。チューブは、大型電子でなければなりません内部のサンプルに合わせてnough。 </li></ol> 注：フォイルサンプルについては、その箔をサポートし、以下のように遠心分離中曲げを防ぐために、類似のサイズのウエハを使用すると便利である図2は、試料を遠心分離器に装着された方法の概略的な説明を示している。 <ol start="3"><li>テンプレートが完全に水没するような十分なPCBM溶液で試験管を埋めるためにピペットを使用。 </li><li>遠心機で試験管をロードし、6,000 rpmで5分間実行されます。 </li></ol> 注：サンプルは、角度を試験管に装着された場合、試験管を確保するためには陽極酸化表面は、遠心分離機の中心（ 図2）の方を向いているような方法で取り付けられている。 <ol start="5"><li>遠心分離機が停止した後、試験管をアンロードし、チューブからPCBMソリューションを注ぐ。 </li><li>試験管からテンプレートを削除、またはl乾燥するために〜1分間下部のひさし、それらを、。 </li><li> 5-10遠心分離機実行の合計が実行されたように、ステップ3.2から3.6を繰り返します。 </li></ol> 注：その溶媒中の小分子の溶解度が低いがある状況では、より多くの遠心分離機の実行は、ナノ細孔中に預金より多くの材料を助けるでしょう。 <ol start="8"><li>試験管の底からサンプルを除去し、穏やかにテンプレートの表面をきれいにするトルエン（またはそれぞれの溶媒）中に浸した綿棒を使用して、テンプレートの表面に残されている任意の材料を除去する。 </li></ol>

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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>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

ナノワイヤ成長のための物理的な絵完全に有機ナノワイヤーの成長方法を理解することが最初に重要である。かつて我々は、彼らが成長し、私たちはエンジニアのナノ構造、デバイスや材料には、この蒸着法を使用することができます毛穴で自分自身を形成する方法を正確に知っている。過去において、ポリマーナノワイヤーは、遠心分離機の支援なしに、テンプレートの...

テンプレートアシスト法は、一般的に1-3垂直に配向されたナノワイヤアレイの製造に用いられる。この方法は、そのような多くの場合、様々な電子および光学用途で望ましい軸方向に4-6または放射状に7ヘテロ構造ナノワイヤ超格子、などの複雑なナノワイヤー形状の簡単な製造を可能にします。また、これは、スループットが高く、汎用性、低コスト、ボトムアップnanosynthesis方法である。その結果、鋳型指向の方法は2,3世界中の研究者の間で絶大な人気を得ています。 &quot;テンプレート指向方式&quot;の基本的な考え方は以下の通りである。最初のテンプレートは、垂直に配向筒状ナノ細孔のアレイを含む、製造される。毛穴が満たされるまで、次に、所望の材料は、ナノ細孔内に堆積されています。その結果、所望の材料は、細孔の形態を採用するとt内でホストされるナノワイヤーアレイを形成するemplate。最後に、ターゲットアプリケーションに応じて、ホストテンプレートを除去することができる。しかし、これは、垂直順序を破壊する。最終的なナノ構造の形状および寸法は、細孔の形態を模倣し、従ってホストテンプレートの合成は、製造プロセスの重要な部分である。 ナノ多孔質テンプレート各種の文献8に報告されている。最も一般的に使用されるテンプレートは、（b）は、ブロック共重合体及び（c）陽極酸化アルミニウム（AAO）テンプレート（a）は、高分子トラックエッチングメンブレンを含む。ポリマー·トラックエッチングメンブレンを作成するポリマーフォイルを完全に箔を貫通してバルク箔9内に潜イオン·トラックを残し、高エネルギーイオンを照射する。トラックは、選択的ポリマーフォイル以内ナノチャネルを作成するためにエッチングされる。ナノチャネルは、さらに適切なエッチング工程によって広げることができる。この方法の主要な問題は、理論値の不均一性であるeは、ナノチャネル、位置制御の欠如、チャネル間の不均一な相対距離、低密度（単位面積あたりのチャネル数が8〜10個/ cm 2）、および不十分多孔質構造1を命じた。ブロックコポリマー法では同様の円筒状のナノ多孔質テンプレートが第細孔8内の所望の材料の成長に続いて、作成される。 過去には、方法（a）および（b）は、ポリマーナノワイヤー8を作製するために使用されている上述した。しかし、これらの方法では、後処理工程中の選択エッチングの可能性がないため、任意の有機材料のナノワイヤーの合成に適しているわけではない。後処理は、典型的には、上述したテンプレートの有機溶媒を必要とするホストテンプレートの除去を含む。このような溶媒は、有機ナノワイヤーの構造的および物理的特性に有害な影響を有し得る。しかし、これらのテンプレートは、理想的なホとして働く例えば、コバルト10、ニッケル、銅、高分子ホストを除去するエッチング工程において影響を受けないまま、金属多層膜11、無機ナノワイヤSTS。上記方法のための別の潜在的な課題は、高い温度でホストマトリックスの不十分な熱安定性である。高温アニーリングは、多くの場合、ホストマトリックスの良好な熱安定性の必要性を示す有機ナノワイヤーの結晶性を向上させるために必要とされる。 アルミニウムの制御された電気化学的酸化（また、アルミニウムの&quot;陽極&quot;として知られている）周知の工業プロセスであり、一般自動車、調理器具、航空宇宙および腐食12からアルミニウム表面を保護するために、他の産業で使用されている。酸化アルミニウム（または &quot;陽極酸化アルミナ&quot;）の性質は、陽極酸化のために使用される電解質のpHに大きく依存。耐食性のアプリケーションでは、陽極は、通常、WEAが行われるk個の酸（pH約5-7）、コンパクト、非多孔性、 &quot;バリア型&quot;アルミナ膜12を作成します。電解液（pH &lt;4）強酸性である場合は、酸化物がH +イオンによる酸化物の局所的溶解による&quot;質&quot;になります。酸化渡る局所電場プリパターニング前に陽極酸化故に地元のH +イオンの濃度と表面を決定し、最終多孔質構造をある程度制御を提供しています。細孔は小径（〜10〜200 nm）を、したがってそのようなナノ多孔質陽極酸化アルミナ膜は様々な材料2,3のナノワイヤを合成するため、近年、広く使用されてきたが、円筒形である。 ナノポーラス陽極酸化アルミナテンプレートは、良好な熱安定性、高い気孔密度、長距離孔順序、およびこのような電解液のpHと陽極酸化ボルトなどの陽極酸化パラメータの賢明な選択を介した細孔径、長さ、間孔分離孔密度の優れた同調性を提供しています年齢2,3。これらの理由のために、我々は、有機ナノワイヤーの成長のためのホストマトリックスとしてAAOテンプレートを選択します。また、アルミナなどの無機酸化物は、このようにアルミナ表面13上に有機溶液（低い表面エネルギー）の拡散を促進する均一な、高い表面エネルギーを有する。また、私たちの目標は、直接導電性および/または透明基板上に、これらのナノワイヤーアレイを成長させることです。その結果、細孔は、我々は以下に説明するように、追加の対価を必要とする、下端に閉鎖されている。薄いテンプレートの乏しい機械的安定性に起因した貫通孔テンプレートと所望の基板への後続の転送中でナノワイヤの成長は、多くの場合、貧しいインターフェース品質のために望ましくないとこの方法はショート丈ナノワイヤ（または薄いテンプレート）であっても現実的ではありません。 π共役系有機材料は、大きく二つに分類することができる：（a）長鎖共役ポリマーと、（b）小分子有機秒<html> emiconductors。多くのグループは、過去にAAOテンプレートの円筒形のナノ細孔内に長鎖ポリマーナノワイヤーの合成を報告している。このトピックについての包括的なレビューでは、レフリー8,14で利用可能です。しかし、AAOで商業的に重要な低分子有機物のナノワイヤの合成は、（例えば、ルブレン、トリス-8 -ヒドロキシキノリンアルミニウム（Alq 3）、PCBMなど）は極めて稀である。 AAOテンプレートのナノ細孔内及びルブレンのAlq 3を物理蒸着法は、いくつかのグループ4,15-17によって報告されている。しかし、有機物の唯一の薄い層（〜30 nm）の細孔内に堆積（〜50 nmの直径）と長時間堆積が毛穴の入り口4,16,17をブロックする傾向があることができます。細孔径が15（〜200 nm）を十分に大きければ、完全な細孔充填は、この方法で達成することができる。したがって、サブ100nmの範囲の細孔径に適用可能である代替方法を見つけることが重要である。 テンプレート湿潤&quot;法8,14&quot;&gt;他のいくつかの低分子有機物のために使用されている別のアプローチは、いわゆる&quot;であるが、ほとんどのレポートに並ん開気孔と大径の両方に厚い商用テンプレート（〜50μm以下） （〜200 nm）で使用されてきた。このような方法は、片面にナノワイヤを製造していない前に、おそらく孔内溶液の浸透を防止する細孔内に捕捉されたエアポケットの存在に起因したように細孔を閉じた。我々は持っている以前にこれらの課題を克服し、任意の基板上の任意の大きさの低分子有機ナノワイヤーアレイの成長を可能にする新規な方法を報告した。以下では、我々は詳細なプロトコル、潜在的な限界と将来の変更について説明します。

<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

近年ではπ共役系有機半導体は、大面積、低コストのディスプレイ、太陽光発電、印刷可能とフレキシブルエレクトロニクスと有機スピンバルブを含む多様なアプリケーションの数の活物質として浮上している。有機物（a）は、低コスト、低温処理と、電子光学及びスピン輸送特性の（b）は、分子レベルの設計を可能にする。このような特徴は、シリコン支配エレクトロニクス市場でニッチを彫るために有機物を有効にしている主流の無機半導体に対して容易に入手できない。有機ベースのデバイスの第一世代は、物理蒸着法や溶液処理によって成長させた薄膜ジオメトリ、焦点を当てている。しかしながら、有機ナノ構造体は 、上記アプリケーションのパフォーマンスを向上させるために使用することができ、かなりの努力が有機ナノ構造を製造するための方法を模索に投資されていることを実現している。 tは&quot;&gt;有機ナノ構造体の特に興味深いクラスが縦向き有機ナノワイヤー、ナノロッドまたはナノチューブがよく厳格、高密度のアレイに編成されたものである。このような構造は、非常に汎用性があり、そのような様々なアプリケーションのための理想的な形態学的ア ​​ーキテクチャである化学センサー、スプリット双極nanoantennas、半径方向ヘテロ構造 &quot;コア - シェル&quot;ナノワイヤを有する光起電力デバイス、およびクロスポイント型形状を有するメモリ装置。そのようなアーキテクチャは、一般に、テンプレート指向のアプローチにより実現される。過去において、この方法がされている金属および無機半導体ナノワイヤ·アレイを成長させるために使用。もっと最近π共役高分子ナノワイヤーがナノポーラステンプレート内で栽培されているが、これらのアプローチのような、技術的に重要なπ共役系低分子量有機物の成長ナノワイヤで限られた成功を収めているトリス- 8 -ヒドロキシキノリンアルミニウム（Alq 3）、ルブレンとメタ一般に、有機ディスプレイ、太陽電池、薄膜トランジスタとスピントロニクスなど様々な分野で使用されていanofullerenes。 最近、我々は新規の &quot;遠心分離支援&quot;アプローチを用いることにより、上述した問題に対処することができた。したがって、この方法では、垂直方向に順序付けられたナノワイヤーアレイにパターニングすることができる有機材料のスペクトルを広げる。 Alq 3を、ルブレン及びメタノフラーレンの技術的重要性のために、私たちの方法は、これらの材料のナノ構造は、上述した有機デバイスの性能にどのように影響するかを探るために使用することができます。この記事の目的は、重要なステップ、制限、可能な修正を議論し、最終的にトラブルが、上記のプロトコルの技術的な詳細を記述し、このプロセスが任意の基板上に低分子有機ナノワイヤーを成長させるために拡張することができるかを実証することですシューティングおよび将来のアプリケーション。

以下に示す図面（ 図5及び図6）から明らかなように、この遠心アシストドロップキャスティング法は、連続的なナノワイヤーを生成する。 AAOテンプレートの細孔の内部に製造されたナノワイヤは、垂直配向均一で、かつ電気的にキャップされた底部で互いに分離されている。ナノワイヤの直径は、テンプレート内の気孔の直径によって決定される。それらが正常に?...

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

我々は、垂直方向に順序付けられた小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイを製造するための簡単​​な方法を報告している。この方法は、安価に、任意の基板上に成長させることができる複雑なヘテロ構造ハイブリッドナノワイヤーの幾何学的形状の合成を可能にする。これらの構造は、有機エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、化学センシング、太陽光発電やスピントロニクスの潜在的なアプリケーションを持っている。

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

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 ビュー.  University of Alberta. 我々は、垂直方向に順序付けられた小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイを製造するための簡単​​な方法を報告している。この方法は、安価に、任意の基板上に成長させることができる複雑なヘテロ構造ハイブリッドナノワイヤーの幾何学的形状の合成を可能にする。これらの構造は、有機エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、化学セン?...

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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.

ポリマー基板上へのマイクロ·サブミクロンのパターンを生成するためのリソグラフィMicropunching

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

工学

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.

水中での超分子ポリマーのサイズ、形状と安定性を制御する

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.

ZnOと同軸のTiO |光触媒活性セグメント化銀の調製および使用<sub&gt; 2</subテンプレート化電製&gt; - 銀ナノワイヤー

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.

エクストリームナノワイヤおよびその他の1D系の共鳴ラマン分光

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.

シルバーナノワイヤーと伸縮性の高い導体の製造方法

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.

フレキシブル有機単結晶ベースの電界効果トランジスタの電気的特性に曲げの影響

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.

チタンアルコキシドおよび半導体ポリマーに基づいて、完全に印刷可能な有機 - 無機バルクヘテロ接合太陽電池用形態制御

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%.

整列垂直方向に配向 ZnO ナノロッド配列と反転小さな分子の太陽電池の応用

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