一种金属酞菁纳米线阵列及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种金属酞菁纳米线阵列及其制备方法与应用，所述金属酞菁纳米线阵列的制备方法包括步骤：S1，取表面具有沟道阵列的宝石作为衬底，对所述沟道阵列进行疏水处理；S2，取金属酞菁经物理气相沉积于经所述步骤S1处理的衬底表面形成若干金属酞菁纳米线，得到金属酞菁纳米线阵列。本发明专利技术公开的制备方法通过对表面具有沟道阵列的蓝宝石衬底进行表面疏水处理，再结合传统的PVD生长方法生长金属酞菁纳米线阵列，制备出的金属酞菁纳米线阵列水平有序、定向笔直、缺陷少，制备流程简单，成本低廉，可用于大规模生产，为基于金属酞菁纳米线批量构筑研发各种微纳光电器件提供理想的材料平台。的材料平台。的材料平台。

【技术实现步骤摘要】
一种金属酞菁纳米线阵列及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，尤其是涉及一种金属酞菁纳米线阵列及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]高度有序的纳米线阵列是实现纳米线功能器件(场效应晶体管、光伏电池、传感器等)规模化制造、批量测试与高效研发的前提。与无机半导体纳米线相比，由有机分子构成的半导体纳米线具有更好的柔韧性和可伸缩性、独特的π
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π共轭键和根据分子堆积取向建立的电荷载流子传输，因此有机半导体纳米线是研发具有优良性能的柔性器件的理想材料体系，特别是对于柔性可穿戴电子设备，无机半导体纳米线多含硫、铅等有毒元素，并不适于制作可穿戴电子设备，而有机半导体纳米线则基本不会含有有毒物质，制备出的可穿戴电子设备不会对人体有任何伤害。大多数文献中报道的有机半导体纳米线都是随机取向的，然而对于提高有机纳米线功能器件的性能应用来说，将有机分子组装成高度有序的纳米线阵列是十分可取的。
[0003]金属酞菁体系作为π共轭分子家族的一个分支，是一类已被广泛研究的有机半导体分子，其中酞菁锌(ZnPc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁钴(CoPc)、酞菁镍(NiPc)和酞菁亚铁(FePc)等都是p型半导体，而全氟酞菁铜(F
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CuPc)为n型半导体。金属酞菁体系在光电、热电、光伏等方面有着广阔的应用前景，是多种光子器件、有机场效应晶体管(OFET)、光电晶体管和太阳能电池的活性元件。此外，金属酞菁体系还能应用于有机—无机杂化器件，如：杂化p
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n结二极管、杂化光电探测器等。
[0004]现今，金属酞菁有机纳米线面内阵列的制备方法有多种，其中，两步制备法为较为常用的方法之一，其具体可为：第一步是采用传统的物理气相沉积法(PVD)在无载气的双温区管式炉中形成金属酞菁纳米线；第二步，通过Langmuir
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Blodgett(LB)方法将制备的金属酞菁纳米线排列成纳米线面内阵列。通过LB方法排列的纳米线都有一定程度的弯曲，纳米线阵列杂乱程度高，纳米线表面缺陷较多。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，该方法制备得到的金属酞菁纳米线阵列具有高度水平有序、定向笔直、缺陷少的特点。
[0006]本专利技术还提供了一种通过上述方法制得的金属酞菁纳米线阵列。
[0007]本专利技术还提供了上述金属酞菁纳米线阵列的应用。
[0008]本专利技术的第一方面，提出了一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1，取表面具有沟道阵列的宝石作为衬底，对所述沟道阵列进行疏水处理；
[0010]S2，取金属酞菁经物理气相沉积于经所述步骤S1处理的衬底表面形成若干金属酞菁纳米线，得到金属酞菁纳米线阵列。
[0011]根据本专利技术实施例的一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，至少具有以下有益效果：在物理气相沉积(PVD)生长过程中，金属酞菁气相分子会优先沿着宝石衬底沟道阵列的沟道方向形核生长，疏水处理使衬底表面引入的疏水基团，衬底的疏水性增强，使其更容易吸附非极性分子，更加有利于金属酞菁气态分子在宝石衬底上的吸附和伸展。最终制备出的金属酞菁纳米线面内阵列水平有序、定向笔直、直径均一、密度高、缺陷少、长度可达几十微米到上百微米之间，而且阵列杂乱程度低、表面缺陷少、可重复性高。本专利技术制备流程简单，只需通过简单流程即可同步实现金属酞菁纳米线的生长和有序排列，在大幅降低成本的前提下，大大简化纳米线阵列的制备流程，提高纳米线的结晶质量、线径的均匀性和有序度。同时，在金属酞菁纳米线阵列制备过程中，不需要后续的纳米线对齐步骤，避免了在对齐过程中对纳米线造成损伤，使纳米线表面缺陷少，从而保证了纳米线的最佳性能。
[0012]本专利技术只需通过扩大生长衬底的尺寸即可实现高质量金属酞菁纳米线阵列的大规模制备，简单流程、成本低廉，可用于大规模生产，可重复性高，不但可以借助商用微纳加工工艺批量构筑微纳米光电器件，而且有望提高这类器件的性能表面，为基于金属酞菁纳米线批量构筑研发各种微纳光电器件提供理想的材料平台。同时，本专利技术制备得到金属酞菁纳米线阵列可为柔性器件的理想材料，特别是可应用于柔性可穿戴电子设备，应用范围广，应用前景好。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述宝石包括蓝宝石。
[0014]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述蓝宝石为M面蓝宝石。
[0015]在本专利技术的一些优选的实施方式中，蓝宝石表面具有水平沟道阵列。
[0016]在本专利技术的一些优选的实施方式中，蓝宝石表面具有微纳米沟道阵列。
[0017]在本专利技术的一些优选的实施方式中，蓝宝石表面具有微纳米水平沟道阵列。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属酞菁包括酞菁锌、酞菁钴、酞菁铜、全氟酞菁铜、酞菁亚铁或酞菁镍中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属酞菁为金属酞菁粉末。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，在步骤S1中，将M面蓝宝石退火处理，得到表面具有沟道阵列的蓝宝石。
[0021]通过上述实施方式，将M面蓝宝石(即α
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Al2O3，晶面取向)单晶晶片经退火后，退火后M面蓝宝石衬底表面已产生沟道阵列(方向沿相邻沟道间距为50
‑
150nm且相邻沟道组成面夹角为100
‑
140
°
的水平沟道阵列结构)，沟道阵列在纳米线生长过程中起到导向的作用。退火处理后的M面蓝宝石进行疏水处理，在物理气相沉积(PVD)生长过程中，金属酞菁气相分子会优先沿着沟道方向形核生长，疏水处理使衬底表面引入的疏水基团，蓝宝石衬底的疏水性增强，使其更容易吸附非极性分子，更加有利于金属酞菁气态分子在蓝宝石衬底上的吸附和伸展。最终制备出的金属酞菁纳米线面内阵列水平有序、定向笔直、直径均一、密度高、缺陷少、长度可达几十微米到上百微米之间，而且阵列杂乱程度低、表面缺陷少、可重复性高。
[0022]本专利技术首先对退火处理后的M面蓝宝石衬底进行表面疏水处理，再结合PVD生长方法形成金属酞菁纳米线阵列，制备流程简单，不需要后续的纳米线对齐步骤，避免了在对齐过程中对纳米线造成损伤，使纳米线表面缺陷少，从而保证了纳米线的最佳性能。
[0023]本专利技术只需通过扩大生长衬底的尺寸即可实现高质量金属酞菁纳米线阵列的大
规模制备，简单流程、成本低廉，可用于大规模生产，可重复性高，不但可以借助商用微纳加工工艺批量构筑微纳米光电器件，而且有望提高这类器件的性能表面，为基于金属酞菁纳米线批量构筑研发各种微纳光电器件提供理想的材料平台。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，在步骤S1中，M面蓝宝石预清洗后，进行退火处理。
[0025]在本专利技术的一些优选的实施方式中，在步骤S1中，M面蓝宝石预清洗后，进行高温退火处理。
[0026]在本专利技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，取表面具有沟道阵列的宝石作为衬底，对所述沟道阵列进行疏水处理；S2，取金属酞菁经物理气相沉积于经所述步骤S1处理的衬底表面形成若干金属酞菁纳米线，得到金属酞菁纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述金属酞菁包括酞菁锌、酞菁钴、酞菁铜、全氟酞菁铜、酞菁亚铁或酞菁镍中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，其特征在于，优选地，所述宝石包括蓝宝石；优选地，所述蓝宝石为M面蓝宝石；优选地，在步骤S1中，将M面蓝宝石退火处理，得到表面具有沟道阵列的蓝宝石；优选地，在步骤S1中，将退火处理后的蓝宝石第一次清洗后，进行疏水处理；优选地，在步骤S1中，蓝宝石的第一次清洗步骤为：蓝宝石依次用乙醇、丙酮、乙醇、水、乙醇超声清洗。4.根据权利要求1所述的一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，使用疏水试剂对衬底进行疏水处理；优选地，所述疏水试剂包括有硅烷化试剂；优选地，所述疏水试剂包括有OTS；优选地，所述疏水试剂包括有OTS与正己烷的混合液；优选地，疏水处理时间为1
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2h；优选地，疏水处理时间约为2h。5.根据权利要求1所述的一种金属酞菁纳米线阵列的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将衬底浸泡在疏水试剂中进行疏水处理；在步骤S1中，将衬底浸泡在OTS与正己烷的混合液中进行疏水处理；优选地，在步骤S1中，在无水条件下，对所述衬底进行疏水处理；优选地，疏水处理过程中，所述疏水试剂与空气隔离；优选地，疏水处理后，对衬底进行第二次清洗，氮气吹干；优选地，第二次清洗包括有用丙酮对衬底进行冲洗；优选地，第二次清洗包括有用丙酮、乙醇、水对衬底分别进行冲洗；优选地，第二次清洗包括有用丙酮、乙醇、水对衬底依次进行冲洗。6.根据权利要求1所述的一种金属酞菁纳米线阵列的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：许金友，宋健，宋佳迅，廖记辉，赵子豪，张玲玉，王兴宇，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：