[发明专利]一种制备有序一维有机纳米线阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机纳米线阵列结构及其制备方法，具体涉及一种制备有序一维有机纳米线阵列的方法。

背景技术

众所周知，纳米材料的性能与其形貌结构息息相关。在特定的形貌与结构下，纳米材料会呈现出优异的光学和电学性能。因此，研究人员都努力寻找合适的方法制备具有可控形貌与结构的纳米材料体系。纳米线阵列是最受关注的纳米材料集成体系之一，它具有高度有序性，良好的可操控性，以及集合效应所带来的陷光效应与激光发射等。已有的研究结果表明，纳米线阵列材料可以作为晶体管、场发射器件、光伏电池及化学传感器等纳米光电器件中的重要组成部分。纳米线阵列的制备方法有自组装法、模板法、溶剂热法、凝胶法、电化学合成法，以及化学气相沉积法等，但过去人们的研究主要集中在无机纳米线阵列上，对于有机纳米线阵列的研究则较少。

酞菁铜(CuPc)晶体是典型的P型有机半导体材料，而氟化酞菁铜(F16 CuPc)晶体是典型的n型有机半导体材料，两者都是重要的有机光电半导体材料。酞菁铜及氟化酞菁铜的分子结构及其能级特点决定了它们具有很多优良的特性，如耐高温、高导电，因此在光电导、光伏、气敏、热电、电致发光和催化等方面具有广阔的应用前景。酞菁铜和氟化酞菁铜纳米结构具有优异稳定性和良好光电性能,使其受到越来越的关注。目前，制备酞菁铜纳米线的方法主要有气相沉积法、模板法、水相合成法、水热溶剂热法及电化学沉积法等。酞菁铜分子在形成纳米结构时通常沿着与衬底表面平行的方向取向生长，形成纳米线薄膜，而对与衬底成一定角度有序生长的酞菁铜纳米线阵列方面的报道很少。部分成功的例子有：2005年浙江大学高分子科学与工程学系的陈红征教授利用电沉积法在AAO模板上合成酞菁铜纳米线阵列；日本的Chihaya Adachi教授利用物理气相沉积法在2011年制备出酞菁铜的纳米线和纳米带阵列，并利用制备的酞菁铜纳米线阵列制作出太阳能电池。然而前一种方法受限于AAO模板的尺寸，产量较少，且进一步应用时还必须溶解掉氧化铝模板，有机溶剂的引入不可避免对有机纳米线的晶体质量带来损害。而后一种方法需要在基底上预先沉积两层有机薄膜作为晶种，制备过程比较繁琐，且取向较差，制备出的有机纳米线为多晶结构。与上述方法相比，本方法只需预先在生长基底上溅射一层极薄的金膜，便能利用物理气相沉积法制备出大面积的有机纳米线阵列。目前以贵金属纳米颗粒催化生长有机纳米线的报道很少，德国科学家Helmut Dosch曾在Nano Lett.和Chem. Mater.上报道过金纳米颗粒能对酞菁类衍生物起到诱导成核的作用，并用热蒸发法在金纳米颗粒上生长出一维酞菁纳米线。但Helmut Dosch的制备方法相当费时，且生长出来的酞菁铜纳米线取向无序，均匀性较差，不利于其将来在功能器件上的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的以上问题，提供一种制备有序一维有机纳米线阵列的方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种制备有序一维有机纳米线阵列的方法，包括以下步骤：

步骤1）采用电子束沉积工艺在洁净的硅或氧化硅衬底上蒸镀5-8 nm厚的金纳米颗粒薄膜；

步骤2）利用修饰金纳米颗粒的衬底为生长基底，采用物理气相沉积法制备有机单晶纳米线阵列。

进一步的，所述步骤（2）中的所述物理气相沉积法（PVD）制备有机单晶纳米线阵列，具体生长步骤如下：按照气流的流动方向将制备所述有机纳米线阵列的前驱体置于瓷舟中，并将其放入真空管式炉的中心温区；取镀金衬底置于所述真空管式炉的低温区，所述衬底距离中心温区10-2Ocm ；启动真空泵，抽真空至所述炉腔内压强低于1 Pa 后，向炉腔内通入惰性保护气体氩气至所述炉腔内的压强为4×10⁴-6×10⁴ Pa，再次抽真空至炉腔内压强低于1 Pa ，如此重复3次确保管腔内残余氧气都被抽走后，往石英管中通入氩气，保持气体流速为30-60 sccm，并将腔内气压调至220-260 Pa ，密封真空管；开启加热装置，以10-20 ℃／分钟的升温速率，将所述真空管式炉的中心温区加热至所述前驱物的蒸发温度，此时中心温区的温度为380-420 ℃，生长衬底的温度为100-200 ℃；维持上述蒸发温度10-60 分钟后停止加热，并使系统自然冷却至室温，然后向所述炉腔内通入氩气至一个大气压，打开炉腔，即可在所述生长衬底上得到大面积有序交叉取向生长的一维酞菁铜纳米线阵列。