Este trabalho foi apoiado financeiramente pela NSERC, CSEE, NanoBridge e TRLabs.

Como mencionado acima, as duas etapas principais no processo de fabricação baseado AAO são: (a) síntese do modelo AAO vazio arbitrário (principalmente condutora e / ou transparente), substratos (descrição esquemática na Figura 1) e (b) crescimento das pequenas nanofios orgânicos moleculares dentro dos nanoporos do modelo de AAO (Figura 2). Nesta seção, vamos fornecer uma descrição detalhada desses processos. 1. Crescimento de Óxido de Alumínio (AAO) Templates anódica em substratos de alumínio condutores <ol><li> Criar modelos de alumina nanoporous por folhas de alumínio primeiro polimento e anodização (ou eletroquímica oxidante) deles. Comece cortando pequenas folhas de alumínio polido de alta pureza (99,997%) (~ 2 x 2 cm 2) com espessura de 250 um. </li><li> Em vez de electropolimento, um processo de polimento químico simples 18 é usado. Submerge um pequeno número de 2 x 2 cm 2 folhas em nítricoácido fosfórico produto corrosivo, a 80 ° C numa placa de aquecimento durante 5 min. </li></ol> Nota: A solução de ácido nítrico, fosfórico utilizada para pré-tratar as folhas de alumínio é de 15 partes de ácido nítrico 68% e de 85 partes de 85% de ácido fosfórico. A etapa de polimento é necessária antes de anodização, porque a rugosidade da superfície de alumínio como comprou-se na ordem de alguns microns, o que cria um campo eléctrico não uniforme na superfície e impede a formação de uma matriz de poro ordenados. Na literatura, electropolimento tem sido amplamente utilizado para este fim 2,3. No entanto, polimento químico é uma alternativa barata e fácil, que também produz superfícies polidas com suavidade 18 comparável (ou melhor). <ol start="3"><li> Após o condicionamento, neutralizar as lâminas em 1 M de hidróxido de sódio durante 20 min. Estas folhas &quot;polidas quimicamente&quot; está agora pronto para ser anodizado. </li><li> Coloque as folhas de alumínio polido para células planas e anodize-los por 15 min, com 3% Oxalácido ic a 40 V DC viés. </li></ol> Nota: Para as amostras de folha de um processo de dois passos de anodização é realizada para melhorar a poro ordenação 2,3,19. Esta primeira etapa será criar uma camada de óxido sobre a superfície porosa de Al e covinhas nano-escala, na interface alumínio / alumina, que actuam como os sítios de iniciação para o crescimento dos poros durante o segundo passo de anodização. <ol start="5"><li> Etch a amostra em ácido crômico-fosfórico, removendo-o da cela plana. Imergir a amostra num copo de produto corrosivo sobre uma placa quente a 60 ° C durante ~ 30 minutos para remover a camada de óxido inicial. </li><li> Repetir o processo de anodização (passo 1.4) em 2,5 min, mantendo todos os outros parâmetros inalterados. Tente realinhar a folha na pilha plana de tal modo que a mesma área anodizado na etapa (1.4) vai ser novamente exposto ao electrólito. </li></ol> Nota: o tempo do passo final anodização determina a espessura do produto finalcamada de óxido e podem ser alteradas em conformidade. Duração de 2,5 min. corresponde a uma espessura de filme (comprimento de poro) de ~ 500 nm. No final do segundo passo de uma matriz nanoporo bem ordenado é criado na camada de alumina anódica. A anodização e ciclo de condicionamento podem ser repetidas para melhorar a ordenação dos poros. <ol start="7"><li> Mergulhar o molde dentro de 5% de ácido fosfórico, à temperatura ambiente durante 40 min para diluir a camada de barreira na parte inferior dos nanoporos e amplia o diâmetro nanoporos. Nanoporo diâmetro final após este passo é de aproximadamente 60-70 nm. </li></ol> 2. Crescimento da AAO Templates em substratos transparentes (Glass) <ol><li> Deposite o seguinte sistema multicamadas seqüencialmente em lâminas de vidro limpas: TiO 2 (20 nm, deposição de camadas atômicas), Au (7 nm, sputtering), Al (1 mícron, pulverização catódica). </li></ol> Nota: A camada de Au actua como um eléctrodo, exigido para a anodização, e não se deteriora a transparência 20 &lt;/ Sup&gt;. O TiO 2 age como uma camada transparente de adesão entre a UA ea substrato de vidro. <ol start="2"><li> Anexar um eléctrodo de folha para a superfície da película fina de alumínio para ser anodizado usando uma prata epóxi condutora. Isto irá resultar numa ligação adequada a partir da fonte de energia para melhorar a distribuição da amostra ao mesmo tempo actual. </li></ol> Observação: Uma vez que existe muito pouco alumínio depositado sobre o substrato de vidro, as técnicas mencionadas antes polimento não são viáveis ​​para alisar a superfície de alumínio. Em vez disso, este protocolo modifica o processo de anodização de incorporar mais um passo anodização / gravura. <ol start="3"><li> Carregar a amostra, em que a célula plana e anodizar a película fina de alumínio, durante 4 minutos, utilizando 3% de ácido oxálico a 30 V de polarização DC. </li><li> Sem retirar a amostra da célula plana, enxaguar a célula com água DI e gravar o molde em ácido crómico-fosfórico a 60 ° C durante 1 hora vertendo a quente etchant in para a célula. </li></ol> Nota: A temperatura do produto corrosivo começará imediatamente a diminuir uma vez que foi vertida para a célula. Portanto, a duração de gravação é aumentada para 1 h 30 min para as amostras da folha para assegurar que todas película oxidada é removido. <ol start="5"><li> Lavar a célula novamente e anodizar uma segunda vez sob as mesmas condições que o primeiro; durante 4 minutos, utilizando 3% de ácido oxálico em 30 V DC de polarização. </li><li> Repetir o passo (2.4). Sem retirar a amostra da célula plana, enxaguar a célula com água DI e gravar o molde em ácido crómico-fosfórico a 60 ° C durante 1 hora vertendo a quente no produto corrosivo para a célula. </li><li> Lavar a célula para fora para o tempo final e realizar o terceiro passo de anodização (e última), utilizando 3% de ácido oxálico em 30 V DC. Monitorar a corrente do sistema para determinar quando parar. </li></ol> Nota: Os actuais necessidades a serem monitorados durante a final de umodization. Após os primeiros segundos, a corrente estabiliza em cerca de 1-2 mA. Isso indica anodização uniforme está ocorrendo. Uma vez que o processo de anodização consumiu o restante de alumínio, a solução de electrólito (3% de ácido oxálico) vai entrar em contacto com a camada de ouro de base, o que causará um aumento acentuado na corrente de anodização (Figura 3). Neste ponto, a anodização é interrompido. O tempo deve ser mais ou menos em torno da marca de 4 min. Este aumento na corrente não é observada em amostras de folha (Figura 3), porque uma camada de barreira separa uniforme da solução e o substrato metálico. <ol start="8"><li> Realizar uma etapa de alargamento dos poros, semelhante ao exemplo de protocolo folha submergindo o modelo em 5% de ácido fosfórico, à temperatura ambiente durante 40 min. </li></ol> Nota:. Isso vai ampliar os poros, mas uma vez que o processo de anodização comeu através da camada de barreira não existe nenhum à esquerda para diluir Figura 4 mostra a estrutura de camadas do substrato de vidro / 20 nm de TiO 2/7 nm Au / 500 nm porosos de Al 2 O 3 com a ausência de uma camada de barreira e pores claramente expostas a película fina de Au subjacente. Figura 5a e 5b mostra AAO vazia modelos em papel alumínio e substratos de vidro, respectivamente. 3. Centrifugar Assisted Growth de Pequenas Nanofios orgânicos moleculares dentro dos poros Template AAO <ol><li> Prepara-se uma solução saturada de pequeno molecular orgânico num solvente apropriado. </li></ol> Nota: As seguintes moléculas orgânicas e solventes foram utilizados: rubreno em acetona, alq 3 em clorofórmio e MBPC em tolueno. Daqui em MBPC é referida como a molécula de interesse. <ol start="2"><li> Carregar os moldes em que a parte inferior de um tubo de ensaio de centrífuga de modo que a área anodizado está virada para a parte superior do tubo de ensaio. O tubo tem de ser grande enough para caber dentro da amostra. </li></ol> Nota: Para as amostras de tiras, é útil utilizar uma pastilha de tamanho semelhante para suportar e impedir que a película de flexão durante a centrifugação, tal como descrito abaixo Figura 2 mostra uma descrição esquemática de como a amostra é montado na centrífuga.. <ol start="3"><li> Usar uma pipeta para encher o tubo de ensaio com uma solução de MBPC suficiente de tal modo que o molde está completamente submerso. </li><li> Carregar o tubo de ensaio na centrífuga e correr durante 5 min a 6000 rpm. </li></ol> Nota: Se as amostras foram montadas no tubo de ensaio a um ângulo, assegurar o tubo de ensaio é montado de tal maneira que a superfície anodizada é orientada para o centro da centrífuga (Figura 2). <ol start="5"><li> Uma vez que a centrífuga tenha parado, descarregar os tubos de ensaio e derramar a solução PCBM dos tubos. </li><li> Remover os moldes dos tubos de ensaio, ou lbeiral deles na parte inferior, por ~ 1 min para secar. </li><li> Repita os passos de 3,2-3,6 de modo a que um total de 5-10 corre centrifugação foram executados. </li></ol> Nota: Em situações onde há baixa solubilidade da pequena molécula no seu solvente, mais centrífuga corridas ajudará a depositar mais material nos nanoporos. <ol start="8"><li> Retirar a amostra do fundo do tubo de ensaio e usar uma mecha de algodão embebida em tolueno (ou o respectivo solvente) para limpar cuidadosamente a superfície do molde, a remoção de qualquer material que é deixado sobre a superfície do molde. </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>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Imagem física para Nanowire Crescimento Primeiro é importante para compreender o método de crescimento dos nanofios orgânicos. Uma vez que sabemos exatamente como eles crescem e formam-se nos poros podemos usar este método de deposição de engenheiro nanoestruturas, aparelhos e materiais. No passado, os nanofios de polímero têm sido fabricados utilizando o procedimento de molhagem molde, sem o auxílio de uma centrífuga, mas para alguns materiais, tais como pequenas moléculas orgânic...

Um método assistida modelo é comumente usado para a fabricação de matrizes de nanofios verticalmente orientados 1-3. Este método permite a fabricação direta de geometrias complexas, como nanofios um 4-6 axialmente ou radialmente 7 heterostructured superrede nanofio, que são muitas vezes desejável em várias aplicações eletrônicas e ópticas. Além disso, este é um método nanosynthesis baixo custo e de baixo para cima, com alto rendimento e versatilidade. Como resultado, os métodos de modelo dirigidas ganharam popularidade imensa entre os pesquisadores em todo o mundo 2,3. A ideia básica do &quot;método de molde dirigido&quot; é como se segue. Primeiro, um molde é fabricado, que contém uma matriz de nanoporos cilíndricos orientados verticalmente. Em seguida, o material desejado é depositado dentro dos nanoporos até que os poros são preenchidos. Como resultado, o material desejado adopta a morfologia dos poros e forma uma matriz de nanofios hospedado no template. Finalmente, dependendo da aplicação alvo, o modelo de acolhimento pode ser removido. No entanto, esta destrói também a ordem vertical. A geometria e as dimensões das nanoestruturas finais imitar a morfologia dos poros e, consequentemente, a síntese do modelo hospedeira é uma parte crítica do processo de fabricação. Vários tipos de modelos nanoporosas têm sido relatados na literatura 8. Os modelos mais comuns incluem: (a) polímeros de trilha-gravadas membranas, (b) copolímeros de bloco e (c) de óxido anódico de alumínio (AAO) modelos. Para criar as faixas gravadas membranas de polímero de uma folha de polímero é irradiado com íons de alta energia, que penetram completamente o papel alumínio e deixar rastros de íons latentes dentro da folha de massa 9. As faixas são então seletivamente gravado para criar canais nanométricos dentro da folha de polímero 9. Os canais de partículas nanométricas podem ser ainda mais ampliada de um passo de ataque químico apropriado. Os principais problemas com este método são a não-uniformidade do theletrônicos nanochannels, a falta de controle de localização, distância relativa não-uniforme entre os canais, baixa densidade (número de canais por unidade de área ~ 10 8 / cm 2), e mal ordenada estrutura porosa 1. No método de copolímero em bloco de um molde cilíndrico com nanoporos semelhante é criada primeiro, seguido pelo crescimento do material desejado, dentro dos poros de 8. No passado, os métodos (a) e (b) acima mencionados foram usados ​​para fabricar os nanofios de polímero 8. No entanto, estes métodos podem não ser adequados para a síntese de nanofios de qualquer material orgânico arbitrário, devido ao potencial ausência de gravação selectiva durante os passos de pós-processamento. O pós-processamento tipicamente envolve a remoção do modelo hospedeiro, o que para os modelos acima mencionados exigiria solventes orgânicos. Estes solventes podem ter um efeito prejudicial sobre as propriedades físicas e estruturais dos nanofios orgânicos. No entanto, esses modelos funcionam como ho idealpts para nanofios inorgânicos tais como o cobalto 10, níquel, cobre e multicamadas metálicos 11, que permanecem inalterados no processo de gravura, que remove o polímero hospedeiro. Outro potencial desafio para os métodos acima mencionados é a baixa estabilidade térmica da matriz hospedeira, a temperaturas mais elevadas. Alta temperatura de recozimento é muitas vezes necessária para melhorar a cristalinidade dos nanofios orgânicos, o que indica a necessidade de boa estabilidade térmica da matriz hospedeira. Controlado oxidação electroquímica de alumínio (também conhecido como &quot;anodização&quot; de alumínio) é um processo industrial bem conhecido e é normalmente utilizado no automóvel, utensílios de cozinha, aeroespacial e outras indústrias para proteger a superfície de alumínio contra a corrosão 12. A natureza do alumínio oxidado (ou &quot;de alumina anódica&quot;) depende criticamente o pH do electrólito utilizada para a anodização. Para aplicações de resistência à corrosão, a anodização é geralmente realizada com weaácidos K (pH ~ 5-7), que criam um compacto, não poroso, &quot;barreira do tipo&quot; filme de alumina 12. No entanto, se o electrólito é fortemente ácida (pH &lt;4), o óxido transforma-se &quot;poroso&quot;, devido à dissolução local do óxido pelos iões H +. O campo eléctrico local, através do óxido determina a concentração local de os iões H + e, consequentemente, a superfície pré-modelação antes da anodização oferece algum controlo sobre a estrutura porosa final. Os poros são cilíndricos, com pequeno diâmetro (~ 10-200 nm) e, portanto, tais películas anódicas nanoporosas alumina têm sido extensivamente utilizados nos últimos anos para sintetizar nanofios de vários materiais 2,3. Templates de alumina anódica Nanoporosos oferecer melhor estabilidade térmica, alta densidade de poros, a ordem dos poros de longo alcance, e excelente tunability de diâmetro de poro, o comprimento, a separação inter-poros e densidade de poros via escolha criteriosa dos parâmetros de anodização, como pH do eletrólito e anodização volt2,3 anos de idade. Devido a estas razões, escolher modelos AAO como matriz hospedeira para o crescimento de nanofios orgânicos. Além disso, os óxidos inorgânicos, tais como alumina tem energia de superfície elevada, facilitando assim o espalhamento uniforme da solução orgânica (baixa energia de superfície) na superfície de alumina 13. Além disso, nosso objetivo é crescer essas matrizes de nanofios diretamente em um condutor e / ou substrato transparente. Como resultado, a poro é fechado na extremidade inferior, que necessita de uma consideração adicional, como descrevemos a seguir. Crescimento de nanofios dentro de um modelo através de poros e posterior transferência para o substrato desejado muitas vezes é indesejável devido à má qualidade da interface e este método não é mesmo viável para nanofios de curta duração (ou modelos finos), devido à baixa estabilidade mecânica dos modelos magras . materiais orgânicos π-conjugados podem ser genericamente classificados em duas categorias: (a) os polímeros conjugados de cadeia longa, e (b) de peso molecular pequeno orgânico s<html> emiconductors. Vários grupos relataram a síntese de nanofios de polímero de cadeia longa nos nanoporos cilíndricos de um modelo de OAA no passado. Revisão abrangente sobre este assunto está disponível em refs 8,14. No entanto, a síntese de nanofios comercialmente importantes de pequenos orgânicos moleculares (tais como rubreno, tris-8-hidroxiquinolina de alumínio (Alq 3), e PCBM) em AAO é extremamente rara. Deposição física de vapor de rubreno e Alq 3, dentro dos nanoporos de molde AAO foi relatado por diversos grupos de 4,15-17. No entanto, apenas uma fina camada (~ 30 nm) de compostos orgânicos possa ser depositado dentro dos poros (~ 50 nm de diâmetro) e deposição prolongada tende a bloquear a entrada de poro 4,16,17. O enchimento dos poros completa pode ser conseguida neste método se o diâmetro dos poros é suficientemente grande (~ 200 nm) 15. Assim, é importante encontrar um método alternativo que é aplicável para o diâmetro de poros na gama sub-100 nm. &quot;&gt; Outra abordagem que tem sido utilizado para alguns outros compostos orgânicos de pequena molecular é um assim chamado&quot; molde molhagem &quot;método de 8,14. No entanto, na maior parte dos relatórios grossas modelos comerciais (~ 50 mM) com poros abertos ambas as laterais e de grande diâmetro (~ 200 nm), foram utilizados. Tal método não produziu nanofios em um lado poros fechados, como mencionado antes, presumivelmente devido à presença de bolsas de ar retidas no seio dos poros, o que impede a infiltração da solução dentro dos poros. Temos relatado anteriormente um novo método que supera estes desafios e permite o crescimento de pequenas matrizes de nanofios orgânicos moleculares com dimensões arbitrárias em qualquer substrato desejado. No que se segue, vamos descrever o protocolo detalhado, potenciais limitações e futuras modificações.

<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

Nos últimos anos, os semicondutores orgânicos π-conjugados surgiram como o material ativo em um número de diferentes aplicações, incluindo a grande-área, displays de baixo custo, energia fotovoltaica, eletrônicos imprimíveis e flexível e válvulas de spin orgânicos. Organics permitir (a) de baixo custo, processamento de baixa temperatura e (b) O projeto de nível molecular de características de transporte eletrônico, óptico e spin. Esses recursos não estão disponíveis para os principais semicondutores inorgânicos, que permitiram orgânicos de encontrar um nicho no mercado de eletrônicos de silício-dominado. A primeira geração de dispositivos de base orgânica concentrou-se em geometrias de película fina, crescidas por deposição física de vapor ou solução de processamento. No entanto, tem sido realizado nanoestruturas orgânicos que podem ser utilizados para melhorar o desempenho das aplicações acima mencionadas e esforço significativo tem sido investido em explorar métodos para a fabricação de nanoestruturas orgânico. t &quot;&gt; Uma classe particularmente interessante de nanoestruturas orgânicas é aquele no qual os nanofios orgânicos orientados verticalmente, nanobastões ou nanotubos são organizados em uma bem arregimentada array, de alta densidade. Tais estruturas são altamente versáteis e são arquiteturas morfológicas ideais para várias aplicações, tais como sensores químicos, nanoantennas split-dipolo, dispositivos fotovoltaicos com radialmente heterostructured &quot;core-shell&quot; nanofios e dispositivos de memória com uma geometria multi-ponto. Tal arquitetura é geralmente realizado por uma abordagem modelo-dirigida. No passado, este método tem sido usado para crescer metal e semicondutores inorgânicos matrizes de nanofios. Mais recentemente π conjugado polímero nanofios foram cultivadas dentro de moldes de nanoporos. No entanto, estas abordagens tiveram um sucesso limitado no crescimento de nanofios de π conjugados tecnologicamente importantes pequenos orgânicos de peso molecular, tais como tris- 8-hidroxiquinolina de alumínio (Alq 3), rubreno e metanfetaminaanofullerenes, que são comumente utilizadas em diversas áreas, incluindo displays orgânicos, energia fotovoltaica, transistores de filmes finos e spintrônica. Recentemente, têm sido capazes de resolver o problema acima mencionado, empregando uma nova abordagem &quot;centrifugação assistida&quot;. Este método, por conseguinte, amplia o espectro de materiais orgânicos, que podem ser modelados em uma matriz de nanofios verticalmente ordenados. Devido à importância tecnológica da alq 3, e methanofullerenes rubreno, o nosso método pode ser usado para explorar como o nanoestruturação destes materiais afectam o desempenho dos dispositivos orgânicos acima mencionados. O objetivo deste artigo é descrever os detalhes técnicos do referido protocolo, demonstrar como este processo pode ser estendido para criar nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos arbitrárias e, finalmente, para discutir as etapas críticas, limitações, possíveis modificações, problemas de tiro aplicações e futuras.

Tal como evidenciado pelos dados mostrados abaixo (Figuras 5 e 6), este método de fundição centrífuga gota assistida produz nanofios contínuas. Os nanofios, fabricados no interior dos poros do molde AAO, estão alinhados verticalmente, uniforme e isoladas electricamente uma da outra com fundo nivelado. O diâmetro dos nanofios é determinado pelo diâmetro de poros no molde. Eles podem ser fabricados com êxito em diversos substratos diferentes, o que leva à aplicação potencial ...

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

Nós relatamos um método simples para a fabricação de uma variedade de densidade vertical encomendados nanofios orgânicos pequeno molecular ultra. Este método permite a síntese de geometrias complexas heterostructured nanofios híbridas, que podem ser cultivadas em substratos de baixo custo arbitrárias. Estas estruturas têm potenciais aplicações em eletrônica orgânica, optoeletrônica, sensores químicos, energia fotovoltaica e spintrônica.

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

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 visualizações.  University of Alberta. Nós relatamos um método simples para a fabricação de uma variedade de densidade vertical encomendados nanofios orgânicos pequeno molecular ultra. Este método permite a síntese de geometrias complexas heterostructured nanofios híbridas, que podem ser cultivadas em substratos de baixo custo arbitrárias. Estas estruturas têm potenciais aplicações em eletrônica orgânica, optoeletrônica, sensores químicos, energia fotovoltaica e spintrônica.

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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 de Geração de Micro e submicrométricas-padrões sobre substratos poliméricos

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

Engenharia

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.

Controlando o tamanho, forma e estabilidade de Polímeros Supramoleculares na Água

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.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

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.

Preparação e Utilização de fotocataliticamente atividade segmentada Ag | ZnO e Coaxial TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-AG nanofios feitos por 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.

Espectroscopia Raman de nanofios extremos e Outros 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.

Um método de fabricação para Condutores altamente extensível com prata Nanowires

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.

Efeito da flexão no Características elétricas dos transistores de efeito de campo baseados em cristal flexível Orgânico Um único

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.

Controle de morfologia para células solares Bulk-heterojunção orgânico-inorgânico totalmente Printable Baseado em um Ti-alcóxido e semicondutores 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%.

Bem alinhados verticalmente orientado ZnO Nanorod matrizes e sua aplicação em invertida pequena molécula células solares

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