任意基底上垂直排列的小分子有机纳米线超高清密度阵列

本实验的总体目标是在多孔模板内制备一排垂直排列的有机纳米线阵列。首先通过抛光铝箔表面或在任意基底上沉积一层铝薄膜，以制备用于阳极氧化的基底；第二步是对已抛光的铝箔或沉积在任意基底上的铝薄膜进行阳极氧化处理。

最后一步是使用一种新型的离心辅助模板填充法，将有机材料沉积到模板的孔隙中。最终，通过扫描电子显微镜观察，证实了有机纳米线存在于阳极氧化铝模板的孔隙内。该方法的构想最初源于我在使用传统模板润湿方法时，难以将阳极氧化铝模板的孔隙完全填充。

我决定利用离心机的离心力推动或辅助溶液渗入孔隙。首先，裁剪出约2厘米×2厘米、厚度为250微米的高纯度未抛光铝片，取少量铝片与盛有硝酸-磷酸混合酸的烧杯一同在80摄氏度下浸蚀5分钟；蚀刻后，将铝箔浸入水中进行中和，并置于1摩尔的氢氧化钠溶液中20分钟。随后，用去离子水冲洗铝箔。

接下来，将抛光的铝片装入平片电解池中，并加入3%的草酸溶液。然后在40伏直流偏压下阳极氧化15分钟。阳极氧化后，将样品浸入盛有铬酸-磷酸蚀刻液的烧杯中，在60摄氏度下处理约30分钟，以去除初始氧化层。随后重新将铝箔装入平片电解池中，调整位置使先前阳极氧化的同一区域再次暴露于电解液中。

使用3%草酸在40伏直流电压下重复阳极氧化过程2.5分钟。将AAO模板浸入5%磷酸溶液中，在室温下施加偏压，以减薄纳米孔底部的阻挡层，并在40分钟后将纳米孔直径扩大至约60至70纳米。随后将模板从烧杯中取出，并用去离子水冲洗。在洁净的玻璃基底上依次沉积以下多层结构系统。

通过原子层沉积法沉积20纳米的二氧化钛，通过溅射法沉积7纳米的金，再通过溅射法沉积1微米的铝。将样品从真空腔室中取出后，在待阳极氧化的铝薄膜表面贴附一个箔电极。使用导电银环氧树脂将样品装入平片电解池中，并加入3%草酸溶液。

然后在不将样品从平板池中取出的情况下，以30伏直流偏压对铝薄膜阳极氧化4分钟。用去离子水冲洗平板池。将60摄氏度的重铬酸-磷酸蚀刻液倒入平板池中，静置1小时。

随后，使用前述条件重复阳极氧化和刻蚀步骤。用去离子水冲洗后，向电解池中加入3%草酸溶液，并在相同条件下进行最后一次阳极氧化。监测系统的电流，当观察到电流急剧上升时，停止阳极氧化过程。

接着，通过将模板浸入室温下的5%磷酸溶液中进行扩孔处理。40分钟后，将模板从烧杯中取出，并用去离子水冲洗。将模板装入离心试管底部，使阳极氧化区域朝向试管顶部。

使用移液器将PCBM溶液加入试管中，确保每种模板完全浸没。然后将试管放入离心机，以6,000 RPM的转速离心5分钟。离心结束后，取出试管并倒出PCBM溶液。

将模板从试管中取出并放置一旁晾干。重复前述步骤，直至完成总共五到十次离心操作。最后，将每个样品从试管底部取出，并用浸有甲苯的棉签轻轻擦拭其表面，如本处所示图像所示。

这种离心辅助滴铸方法可制备连续的纳米线。在AAO模板的孔道内制备的纳米线垂直排列，具有均匀性，且彼此之间电学隔离，底部封闭。该结构可成功制备于多种不同基底上，因而有望应用于多种不同的器件中。

为了进一步验证孔内材料为PCBM，对场模板进行了纳米线拉曼光谱分析。将所得拉曼数据与文献中报道的PCBM薄膜及富勒烯环的光谱进行了比对。在1430、1463和1577 cm⁻¹处观察到特征峰，分别对应于T₁、U₄a、G₂和HG₈振动模式。

这些数值与文献中报道的纯 PCBM 在相同振动模式下的拉曼峰位置 1429、1470 和 1575 cm⁻¹ 非常吻合。此外，这表明由于纳米线几何形貌并未引起拉曼峰的显著偏移，从而证实了 PCBM 纳米线已成功填充于多孔模板中。在遵循本实验流程之前，其他方法如金属纳米线的电化学沉积或薄膜金属的溅射，也可用于制备适用于自旋电子学、光电子学、电子学、光伏、化学传感以及超材料等应用的器件。