Nieuwe Methode om Organische Nanowires Samen Te Stellen

De Organische halfgeleiders zijn zeer veelbelovende kandidaten als beginnende materialen voor de vervaardiging van goedkoop, groot gebied en flexibele elektronische componenten zoals transistors, dioden en sensoren op schaal die van micro tot nano gaan.  Een voorwaarde voor succes in het bereiken van dit doel is de capaciteit om zich bij componenten aan te sluiten samen met elektrisch het leiden van links - met andere woorden, om een elektronische kring te creëren. De wetenschappers van Empa hebben een nieuwe methode ontwikkeld die hen toestaat om tot eenvoudige netwerken van organische nanowires te leiden.

De oorsprong: een EU- project genoemd „PHODYE“

Onder de transmissieelektronenmicroscoop (TEM), verscheidene kobalt komt phthalocyanine nanowires uit ijzerphthalocyanine nanowire voort die met zilveren deeltjes verfraaid is.

Toen de Spaanse fysicusEngel Barranco aan Valencia na driejarige onderzoekstint in Empa terugkeerde, stelde hij het EU- project „PHODYE“ met, onder anderen in werking, zijn oude collega's Empa. Het doel is hoogst gevoelige gassensoren, voor de controle van wegvoertuigemissies, bijvoorbeeld, of te ontwikkelen voor het voorzien van van de laboratoriumpersoneel en mijn arbeiders van een vroege waarschuwing van de aanwezigheid van giftige substanties. De sensoren zijn gebaseerd op fluorescerende dunne films die de veranderingskleur en op contact met bepaalde gasmolecules fluoresceert.

„Wij dachten in termen van een soort elektronische sleutel voor veiligheidstoepassingen, die slechts aan bepaalde optische voorwaarden zouden reageren,“ verklaren Empa fysicus Pierangelo Groening. Noodzakelijk voor dit zijn transparante, sterk fluorescerende dunne films, zodat ontwikkelden Groening en Barranco een plasma-deposito proces om fluorescerende kleurstofmolecules zoals ongewijzigd metallo -metallo-proyphins, perylenes en phthalocyanines en bij hoge concentraties in SiO2 op te slaan of TiO2 lagen.

Het spoedig werd duidelijk dat als bepaalde gasmolecules op kleurstofdeeltjes in de dunne films deponeerden, dan deze bij verschillende golflengten fluoresceerden en de dunne film kleur dientengevolge veranderde. Als de verschillende kleurstoffen dan worden gebruikt de gassen die aan mensen giftig zijn kunnen bij zeer lage concentraties worden ontdekt.

Een verrassend brede waaier van gebruik

Nochtans, voor vele sensortoepassingen is het belangrijk dat de reactietijd zo kort mogelijk is, iets wat met de compacte lagen van de plasmakleurstof nauwelijks mogelijk is. Het is, anderzijds, mogelijk met lagen die zeer een poreuze structuur hebben, die op het dutje van een nanometer-schaal tapijt lijken. De Wetenschappers hopen om verdere voordelen uit dergelijke lagen af te leiden omdat zij het gebied waarop de te ontdekken gasmolecules kunnen adsorberen, en ook de verspreidingsafstanden verkorten verhogen, die de sensor toestaan om sneller te antwoorden. Ana Borras van de Fysicus ontwikkelde daarop een nieuw vacuümdepositoproces om organische nanowires samen te stellen.

Ondertussen boekten de onderzoekers Empa vooruitgang, lerend hoe te nanowires met zeer sterk verschillende kenmerken te vervaardigen door de beginnende molecule en de experimentele voorwaarden geschikt te selecteren. Nanowires van metallo-phthalocyaninemolecules heeft diameters van zuivere 10 tot 50 nanometers en een lengte van zelfs 100 microns. Wat over de nieuwe methode ongebruikelijk en onverwacht is is dat door de substraattemperatuur, de moleculestroom en de substraatbehandeling precies te controleren, organische nanowires een eerder niet bereikte, volkomen monocrystalline structuur ontwikkelen.

Onmiddellijk nadat de eerste studies met de elektronenmicroscoop werden gemaakt was het duidelijk aan Groening dat het nieuwe proces niet alleen nanowires de gassensoren kon voorzien maar ook het mogelijk maken om complexe „nanowire elektrische kringen“ voor elektronische en optoelectronic toepassingen zoals zonnecellen, transistors en dioden tot stand te brengen. Dit is omdat de verschillende types van nanowires kunnen worden gecombineerd zonodig om netwerken met sterk verschillende eigenschappen, als Groening en medewerkersrapport in de wetenschappelijke dagboek Geavanceerde Materialen te vormen en elders.

De truc aan het bereiken van dit ligt in een tweede stap waarin nanowires die op de oppervlakte groeien met zilveren nanoparticles door een sputteren-met een laag bedekt proces „worden verfraaid“. Een doel, in dit geval een stuk van stevig zilver, wordt gebombardeerd met energieke ionen, kloppend van zilveren atomen die ingaan de gasfase en op nanowires gedeponeerd. In een definitieve stap, kweekt het team Empa nu meer nanowires die, dankzij de zilveren deeltjes, in elektrocontact met de originele draden - de basis van een elektrokring op de nanometerschaal zijn.

De eerste stap van micro-elektronica aan nanoelectronics

De eerste elektrogeleidingsvermogenmetingen, die met behulp van een van de vier-uiteinde microscoop aftastentunnel in ultra hoog vacuüm worden gemaakt, overschreden de meest optimistische verwachtingen - het materiaal is van ongebruikelijk hoog - kwaliteit. „Dit biedt de mogelijkheid om spoedig organische halfgeleidermaterialen te kunnen vervaardigen,“ zegt vol vertrouwen Groening. „En dat, ook, gebruikend een eenvoudig en economisch proces.“ Ondertussen hebben de onderzoekers met succes meer en meer complexere structuren van nanowires samengesteld, en erin geslaagd om deze met elkaar te verbinden samen gebruikend heel wat vaardigheid en een zekere aanraking.

Neem, bijvoorbeeld, nanowires bestaand uit secties die met verschillende beginnende molecules worden gemaakt. Als deze molecules of slechts positieve of slechts negatieve lasten kunnen vervoeren, dan wordt een diode gecreeerd die stroom om in één alleen richting toestaat te stromen. Groening speculeert dat het vrij mogelijk is dat de één dagcomponenten voor nanolectronics en nanophotonics gebruikend deze techniek zullen worden gemaakt.

Bron: http://www.empa.ch/

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit