[发明专利]一种有机微纳结构定向生长的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米物理领域，具体涉及一种超长的有机微纳米线定向生长的制备方法。

 

背景技术

高度准直定向生长或排布的微纳米结构，在纳米器件制备与集成中具有不可或缺的作用。此外，利用具有大长径比的超长微纳米线，可以实现微纳尺度与宏观尺度的跨越，方便纳米器件的制备、集成与互联。上述两方面的研究已经引起人们的极大兴趣。但是由于有机材料自身结构的特殊性及制备过程的复杂性，有机纳米线取向阵列结构的制备往往难以实现。为了制备有机纳米线阵列，有报道应用了模板法（J. L. Yang, S. Schumann and T. S. Jones*. J. Mater. Chem. 2011, 21, 5812–5816），这此方法制备的有机纳米线阵列可控性差，过程较为复杂；也有报道先通过模板法制备无机纳米线阵列，而后利用再沉积法表面包裹有机材料（Mi Ouyang, Ru Bai, Lin Chen, Ligong Yang, Mang Wang, Hongzheng Chen*. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11250–11256）来制备有机纳米线阵列，但这种方法局限于少数与无机材料晶格匹配的有机材料，且纳米线阵列表面粗糙度较大；还有报道（Yong Sheng, Zhao, Peng Zhan, Jaemyung Kim, Cheng Sun, and Jiaxing Huang. Acs. Nano 2010,1630-1636）对特定的有机材料基于不同基底生长垂直阵列，但是只能针对该特定的有机材料，方法拓展性较差，合成过程也较为复杂。 

 

发明内容

    为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种有机微纳结构定向生长的制备方法，利用物理气相沉积法，基于具有表面周期光栅结构的衬底制备高度准直定向生长的有机微纳米线，通过控制生长条件实现对微纳米线尺寸、密度和长度的控制，获得超长微纳米线周期结构。本制备方法工艺简单、成本低廉、可控性好、适合大面积微纳米结构定向生长等特点，在有机纳米器件的制备与集成中具有重要应用前景。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：通过控制载气气流、腔室气压，使酞箐铜化合物（CuPc）在其升华温度下蒸发，并由载气气流运送至沉积区，调节沉积区光栅放置高度，在光栅基底的诱导下，沿着光栅沟道自组装成高度准直的微纳米线。具体包括以下步骤：

    1）、称取一定质量的酞箐铜化合物（CuPc）粉末，与中性氧化铝（Al₂O₃）粉末以1:10-1:100的质量比混合均匀后倒入瓷舟中，置于物理沉积法（PVD）装置的加热区，即石英管内。

     2）、将光栅衬底固定在载玻片上后，置于物理沉积法的低温沉积区，并用瓷舟垫高，使光栅平面位于石英管中间。

     3）、将石英管抽真空至3Pa，随后通入60 SCCM的氩气作为载气，保持稳定的气流流速和气压，一般控制石英管管腔中的气压为220 Pa.

     4）、设置物理沉积法程序，将酞箐铜化合物粉末加热至400℃～450℃之间一个稳定的温度后保温一段时间，一般以420℃为此稳定温度，此时光栅基底的温度约为200 ^oC。生长时间为3小时，待生长结束后降温至30℃时取出样品，即得定向生长的有机微纳米线。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明方法的优势在于：

1、制备过程为非溶液法，所得样品纯度高；

2、工艺简单，成本低廉；

3、适合大面积制备；

4、可拓展至多种有机材料。

综上，由于本发明制备工艺简单，可控性好、灵活而且可以大面积制备，在大面积定向制备有机微纳米结构中具有重要的应用前景。

 

具体实施方式

本发明所采用的技术方案是：首先对有机蒸发源进行加热，使其达到升华温度，在一定的饱和蒸汽压下，样品分子在载气的输运下，被带至沉积区。沉机区温度较低，有机分子重新凝结，并进而成核生长，由于有机分子的特殊分子结构，其倾向于在特定方向取向生长，从而得到一维结构的微纳米线。通过引入光栅基底，由于光栅沟道内气流较缓，成核点丰富，有机微纳米线优先在光栅沟道内成核，并由于光栅的诱导作用，使得微纳米线沿光栅沟道高度定向生长。