定位定向生长红荧烯纳米线的方法及纳米线和应用技术

本发明专利技术提供了一种定位定向生长红荧烯纳米线的方法及纳米线和应用，所述的方法通过对

【技术实现步骤摘要】
定位定向生长红荧烯纳米线的方法及纳米线和应用


[0001]本专利技术属涉及半导体纳米材料的生长领域，具体涉及一种定位定向生长红荧烯纳米线阵的方法及纳米线和应用
。

技术介绍

[0002]因为有着高度离域的共轭大
π
键和蒽环，红荧烯分子非常稳定，并且能隙较窄
。
这些特性决定了它具有特有的光电特性，为其在有机电子和光电子器件领域提供了广阔的发展空间
。
此外，红荧烯分子也是一种高效的荧光材料，其单晶迁移率较高且具有高度离域的电荷传输特性，同时红荧烯具有超高的载流子迁移率
(
高达
43cm2v
‑1s
‑1)、
微米级的激子扩散长度和独特的光物理特性，因而在近十几来受到广泛的关注
。
[0003]纳米线作为一种一维纳米结构，其独特的电学
、
光学和热学性质等优异特点越来越为人所熟知
。
极高的长径比
、
较大的比表面积和独特的结构，赋予了纳米线结构高效的光吸收以及特殊的电子输运机制
。
[0004]光电探测器是一种用于探测光子存在的半导体器件，它能把光学信号转换成电信号
。
在应用于光电探测器时，相较于块体材料和薄膜材料，由于纳米线的小尺寸效应及相对较小的有效导电通道等因素的影响，使得载流子穿过通道的时间缩短，最终表现为光响应速率和光导增益的增加
。
[0005]目前，关于红荧烯纳米线的生长方法主要为阳极氧化铝模板辅助法
、
离心辅助有机纳米线生长技术
、
真空蒸镀
、
共晶熔融结晶法
、
液相剥离法等
。
[0006](1)
阳极氧化铝模板辅助法
[0007]阳极氧化铝模板辅助法是一种利用多孔阳极氧化铝膜
(AAO)
作为模板，通过电化学沉积
、
溶胶凝胶
、
水热等方法，在
AAO
孔道内生长一维纳米线或纳米管的技术
。
以电化学沉积为例，大致流程如下：首先，将高纯铝片在酸性电解液中进行阳极氧化，形成具有规则六角形排列的多孔
AAO
膜
。
然后，将
AAO
膜作为阴极，与待沉积金属或其它材料的阳极或不溶性阳极连接，置于含有沉积物种离子的电解液中，通入直流或交流电流，使沉积物种在
AAO
孔道内还原沉积，形成纳米线或纳米管
。
最后，将
AAO
模板去除，可以得到自由的纳米线或纳米管阵列
。
[0008](2)
离心辅助法
[0009]离心辅助法是一种利用离心力将有机溶液注入到多孔阳极氧化铝膜
(AAO)
中，在
AAO
孔道内生长有机纳米线的技术
。
其流程大致于上述阳极氧化铝模板辅助法相似
。
[0010]阳极氧化铝模板辅助法和离心辅助法均需要用到多孔阳极氧化铝膜作为模板，而阳极氧化铝模板的制备过程比较复杂，需要经过多次的阳极氧化
、
蚀刻
、
去除底层等步骤，耗时耗能，且容易造成模板的不均匀性和缺陷
。
[0011]其次，阳极氧化
、
蚀刻
、
去除底层等步骤可能会对纳米线造成损伤或污染，影响其性能和稳定性
。
而且模板的孔径和孔深受到限制，一般在
100
～
500nm
之间，难以实现更小或更大尺寸的纳米线的制备
。
同时，阳极氧化铝模板的孔道是垂直于衬底的，因此在其内沉积
有机小分子材料时，需要保持较高的真空度和温度，以避免分子在孔道内发生偏转或堆积
。
[0012]此外，阳极氧化铝模板辅助法只能制备垂直排列的纳米线阵列，难以实现其他方向或形状的纳米线阵列的制备
。
最后，还需要在最后将模板去除，以得到自由的纳米线
。
[0013](3)
真空蒸镀法
[0014]真空蒸镀是一种在真空条件下，采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料
(
或称膜料
)
并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法
。
专利
CN101476103A
中采用真空蒸镀制备有机半导体材料红荧烯的微
‑
纳米线，其大致流程如下：
[0015]第一步，将高纯度的红荧烯作为蒸镀原料，放入真空蒸镀装置中的加热源
(
如钨丝或钨舟
)
中
。
[0016]第二步，将洁净的硅片或物理气相传输方法生长成的并四苯单晶体作为衬底，放入真空蒸镀装置中的样品架上，与加热源保持一定的距离
。
[0017]第三步，抽取真空蒸镀装置内的气体，使其达到高真空状态
(
一般为
10
‑6～
10
‑7pa)
，以减少气体分子对蒸发粒子的散射和污染
。
[0018]第四步，加热蒸镀原料，使其升华并气化
。
在控制沉积速率和蒸镀时间的条件下，在衬底上沉积形成具有规格尺寸的红荧烯微
‑
纳米线
。
[0019]该方法需要高温
、
高真空和复杂的设备，成本较高，操作较困难；同时难以控制纳米线的形貌
、
尺寸和分布，导致纳米线的均匀性和可重复性较差
。
此外，真空蒸镀生长纳米线的机理和动力学不够清楚，难以优化工艺参数和提高生长效率；真空蒸镀生长纳米线的结构和性能可能受到残余气体
、
杂质
、
晶界
、
缺陷等因素的影响，导致性能不稳定或不均匀
。
最后，真空蒸镀生长纳米线的后处理和表征也存在一定的困难，例如如何去除多余的基底材料
、
如何分离和收集单根纳米线
、
如何测量纳米线的电学
、
光学和力学性质等
。
[0020](4)
共晶熔融结晶法
[0021]共晶熔融结晶法是一种利用两种不同化学物质或元素在某一特定比例混合后，能够在比各自熔点还要低的温度下，进行加热熔合，形成均匀的混合物的技术
。
这种技术可以用来制备具有单晶结构和规格尺寸的有机纳米线
。
以生长红荧烯纳米线为例，大概流程如下：
[0022]首先，将红荧烯和一种易挥发的可结晶添加剂
(VCA)
，如苯甲酸
(BA)、
水杨酸
(SA)
或1，3，5‑
三氯苯
(TCB)
，按照一定的比例混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
定位定向生长红荧烯纳米线的方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤
S1
：对
M
面蓝宝石衬底进行退火，使其表面形成平行排列的水平纳米沟道；步骤
S2
：将步骤
S1
处理后的蓝宝石衬底进行表面疏水处理；步骤
S3
：采用气相沉积法在步骤
S2
处理后的蓝宝石衬底表面大面积生长红荧烯纳米线，或，在步骤
S2
处理后的蓝宝石衬底表面覆盖掩膜板，然后采用气相沉积法在覆盖有掩膜板的蓝宝石衬底表面定位生长红荧烯纳米线
。2.
根据权利要求1所述的定位定向生长红荧烯纳米线的方法，其特征在于，所述纳米沟道的深度为5‑
15nm。3.
根据权利要求1所述的定位定向生长红荧烯纳米线的方法，其特征在于，所述步骤
S1
中退火处理的温度控制程序为：以
4.58℃/min
的速度花费
60min
从
25℃
升至
300℃
，随后以
8.3℃/min
的速度花费
60min
从
300℃
升至
800℃
，再以
4.44℃/min
的速度花费
180min
从
800℃
升至
1600℃
，随后在
1600℃
下保温
600min
，然后自然降温至室温
。4.
根据权利要求1所述的定位定向生长红荧烯纳米线的方法，其特征在于，所述步骤
S2
中疏水处理，是先对蓝宝石衬底进行亲水处理，使其接触角小于等于
20
°
，然后在进行疏水处理，使其表面接触角大于等于
110
°
。5.
根据权利要求4所述的定位定向生长红荧烯纳米线的方法，其特征在于，所述亲水处理为采用等...

【专利技术属性】
技术研发人员：许金友，陈湘涛，廖记辉，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：