专利名称：基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件及制备方法
技术领域：
本发明属于有机/配合物光电材料与器件领域，具体涉及一种基于叔丁基异腈铂
纳微米线的光电器件及其制备方法。 有机半导体光电材料在有机电致发光，场效应晶体管，太阳能电池，光导体器件以 及纳微米传感器等众多领域有着广泛的应用，尤其是一维有机纳微米材料例如纳米线，纳 米棒等在功能化的半导体器件中表现更为突出(J. Phys. Chem. B， 2004， 108,9574， Angew. Chem. Int. Ed. 2005,44， 1395和Nature, 2001， 409， 66)。制备有机半导体纳微米线的方法 有很多，但大多都不能控制其生长的取向，因而不能有效的利用材料。最近，有一些关于 有机功能纳微米器件的报道(Adv. Mater. 2006， 18,3010和Angew. Chem. Int. Ed. 2007,46， 1071)，虽然利用一维的纳米线制备了功能器件，但多数采用了真空蒸镀，气相沉积等复杂 而难于平行重复的方法，并且大尺度内纳米线的取向不受控制。所以，如何利用一种操作简 单，快速的方法制备取向可控的纳米器件继而实现其功能是一个非常重要的问题。另外，一 维有机纳微米材料由于对外界环境例如化学的、光、热等具有响应而被用于化学传感器以 及光开关器件中。但目前对有毒化学溶剂甲醇、乙腈等的传感器非常少，且都是利用相对复 杂的荧光变化，吸收变化等非可逆的器件来检测，而制备一种检测简单的，灵敏的，可逆的， 稳定的器件是具有应用前景的关键问题。 本发明利用溶液加工方式，只需要通过调节溶液的浓度和基片的倾斜角度，控制 溶剂挥发的速度，即可得到取向可控的叔丁基异腈铂(其结构式如下所示)纳微米线构成 的光电器件，其具有光响应(光开关)以及对甲醇、乙腈等溶剂气氛有电信号响应等的性
背景技术：
发明内容
质。
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本发明在器件的制备过程中，利用了简单的溶液加工，避免了传统的真空蒸镀、溅 射、真空气相沉积等复杂的方法。通过调节基片在溶液中的倾斜角度，就可以得到取向可控 的叔丁基异腈铂纳微米线。通过调节溶液的浓度可以获得尺寸(直径和长度)不同的叔丁 基异腈铂纳微米线。本发明利用这种简单的方法制备的叔丁基异腈铂纳微米器件，具有较 强的光开关功能，并且对甲醇、乙腈等溶剂气氛有灵敏、可逆、稳定的电信号响应，可做溶剂 气氛的传感器。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。在硅片基底上通过热氧化制备一层绝 缘层，并在绝缘层上利用掩膜板蒸镀单质金作为导电的电极，再通过溶剂挥发法在电极上 生长垂直于电极取向的纳微米线，继而制备了基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件，并 对其光开关、溶剂响应等功能进行了测试。 本发明所述的基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件，其特征在于依次由硅基 底、二氧化硅绝缘层、插指状电极、叔丁基异腈铂纳微米线组成，叔丁基异腈铂纳微米线垂 直于插指状电极取向的方向生长。
本发明所述的基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件，其制备步骤如下 1、以硅片作为基底，在基底上通过热氧化方法制备得到200 300纳米的二氧化
硅绝缘层； 2、在带有二氧化硅绝缘层的硅片上，利用与插指状电极形状互补的图形为掩膜 板，依次蒸镀10 20纳米的金属铬和30 40纳米的金属金，进而得到带有指间距离为 10 20微米、指宽度为5 8微米的插指状金电极区的硅基底； 3、将带有插指状金电极区的硅基底在水平方向倾斜40 50度角后放入事先配置 好的盛有叔丁基异腈铂的甲醇溶液的容器中，封闭容器，进而在插指状金电极区上进行叔 丁基异腈铂纳微米线的生长； 4、待甲醇缓慢挥发2 5天后，插指状金电极区会部分露出液面，在其上布满了绿 色的一维线状固体，即可停止生长，取出基片，从而制备得到基于叔丁基异腈铂纳微米线的 光电器件。 使用CHI630C电化学工作站对制备好的光电子器件进行导电性测试，当加到插指 状金电极区上的电压恒定时，利用氙灯和单色仪调节照射在基于叔丁基异腈铂纳微米线光 电器件上的光的强度和发光波长，可以得到器件的光开关性质曲线；当电压恒定时，通过载 气系统通入溶剂气氛，可以得到电信号随溶剂气氛变化的曲线。 插指状金电极区的制备是在高真空度(2X10—4 5X10—乍a大气压)下，利用传统 的真空蒸镀的方法得到的，在蒸镀金之前先蒸镀10 20纳米的铬是为了使金在基底表面 更有效的附着，防止将电极浸入溶液后金电极脱落。 通过改变叔丁基异腈铂的甲醇溶液的浓度(1 X 10—4 2 X 10—3摩尔/升)，会得到 直径(0. 2 0. 5微米)和长度(100 400微米)不同的纳微米线。例如，当叔丁基异腈 铂的甲醇溶液的浓度为2*10—3摩尔/升时，利用上述方法可以得到长度约为400微米直径 约为0. 4微米的微米线。由于插指状金电极区非常小(3毫米)，在倾斜40 50度的状态 下更是只有不到2毫米的高度，因此，在溶剂挥发的过程中，插指状金电极区高低位置处叔 丁基异腈铂甲醇溶液的浓度变化不大，对器件表面纳微米线的生长几乎没有影响。氙灯和 单色仪不仅发光波长可控，还可以应用光强度测试仪对其发出的光强进行测试。需要说明
4的是，同样的器件制备方法和测试方法不只可以用在基于叔丁基异腈铂纳微米线光电器件 的制备和测试上，还可以用在基于其他有机光电功能材料的光电器件的制备和测试中，如 酞菁、吓啉以及石墨烯等。
图1 :本发明的光电器件的结构示意图； 其中各部件名称为硅基底1、二氧化硅绝缘层2、插指状金电极区3、垂直于电极 取向生长的纳微米线4; 图2 :本发明的光电器件在不同波长的光照下的电流-时间光开关性质曲线；
图3 :本发明的光电器件对甲醇气氛的电信号传感曲线；
图4 :本发明的光电器件对乙腈气氛的电信号传感曲线。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，而不是要以此对本发明进行限制。
实施例1 :制备叔丁基异腈铂纳微米光电器件及光开关性质的测试
1 、制备叔丁基异腈铂纳微米光电器件 以硅片作为基底，在基底上通过热氧化得到300纳米的二氧化硅绝缘层。在高真 空度(5*10—乍a大气压)下，在带有二氧化硅绝缘层的硅片上，利用与插指状电极形状互补 的图形为掩膜板，蒸镀15纳米的金属铬和35纳米的金属金，指间距离为10微米，指宽为5 微米，电极区的宽度(d)为3毫米，得到了带有插指状金电极区的基底。在可封闭的容器中 配置浓度为2*10—3摩尔/升的叔丁基异腈铂的甲醇溶液，将制作好的基片倾斜45度放入该 容器中，封闭容器，待其缓慢挥发。经过较长时间(约2天)的挥发，观察到电极部分露出 液面外，其上布满叔丁基异腈铂纳米线(长度约为400微米，直径约为0. 4微米)，即可打开 容器，停止生长，取出基片，就得到了基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件。器件的结构 示意图如图l所示。 2、叔丁基异腈铂纳微米器件光开光性质的测定 用电化学工作站对制作好的器件进行导电性测试，利用氙灯和单色仪调节照射在 叔丁基异腈铂纳微米器件上的光的强度和发光波长，当器件两端的电压恒定时，测试其电 流一时间曲线。分别把器件上的插指状电极区的两个部分分别接入电化学工作站的正负两 极，设置加在器件两端的电压为0. 5伏，在黑暗的状态下，此时电流随着时间的变化成一条 直线，如图2中0 50秒所示；当有波长为400纳米的入射光照在器件表面时，器件的电流 瞬间增强，如图2中50 100秒所示；而关闭入射光时电流又回到暗态时的强度。这样调 节入射光的照射(开)和关闭(关)，就得到了图2所示的光开关曲线，器件实现了光开关 功能。而且调节不同波长的照射光(400 600纳米)，电流响应的程度也不同，在图2中可 以看出，其中当波长是450纳米时，电流增强最大，波长是600纳米时增强较小。值得一提 的是，经过4次开关光源的实验，上述器件表现出非常快的响应速度以及相当好的稳定性 和可重复性。 实施例2 :叔丁基异腈铂纳微米器件对甲醇气氛的传感测定
1、同实施例1步骤1方法制备叔丁基异腈铂纳微米器件。
2、用电化学工作站对制作好的器件进行导电性测试，在氮气环境下，以氮气作为 载气，控制流速为400cmVmin，甲醇溶剂气氛在氮气的吹动下通向器件表面，控制气氛的通 入和停止，可以测试器件对甲醇的电信号响应(图3)。分别把器件上的两个电极接入电化 学工作站的正负两极，设置加在器件两端的电压为0. 5伏，在只有氮气通入的状态下，此时 电流随着时间的变化成一条直线，如图3中0 50秒所示。当带有甲醇的氮气吹在器件表 面时，器件的电流瞬间增强，如图3中50 IOO秒所示，而停止甲醇的吹入只有氮气时电流 又回到原来的强度。这样调节甲醇的通入(开)和关闭(关)，就得到了图3所示的甲醇溶 剂电信号响应曲线，这样器件实现了甲醇溶剂的传感功能。值得一提的是，经过多次开关实 验，上述器件表现出非常快的响应速度以及相当好的稳定性和可重复性。实施例3 :叔丁基 异腈铂纳微米器件对乙腈气氛的传感测定 1、同实施例1步骤1方法制备叔丁基异腈铂纳微米器件。 2、用电化学工作站对制作好的器件进行导电性测试，在氮气环境下，以氮气作为 载气，控制流速为400cmVmin，乙腈溶剂气氛在氮气的吹动下通向器件表面，控制气氛的通 入和停止，可以测试器件对乙腈的电信号响应(图4)。分别把器件上的两个电极接入电化 学工作站的正负两极，设置加在器件两端的电压为0. 5伏，在只有氮气通入的状态下，此时 电流随着时间的变化成一条直线，如图4中0 50秒所示。当带有乙腈的氮气吹在器件表 面时，器件的电流瞬间减弱，如图4中50 IOO秒所示，而停止乙腈的吹入只有氮气时电流 又回到原来的强度。这样调节乙腈的通入(开)和关闭(关)，就得到了图4所示的乙腈溶 剂电信号响应曲线，这样器件实现了乙腈溶剂的传感功能。值得一提的是，经过多次开关实 验，上述器件表现出非常快的响应速度以及相当好的稳定性和可重复性。
权利要求
一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件，其特征在于依次由硅基底、二氧化硅绝缘层、插指状电极、叔丁基异腈铂纳微米线组成，叔丁基异腈铂纳微米线垂直于插指状电极取向的方向生长。
2. 权利要求1所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件的制备方法，其制备 步骤如下1) 以硅片作为基底，在基底上通过热氧化方法制备得到200 300纳米的二氧化硅绝 缘层；2) 在带有二氧化硅绝缘层的硅片上，利用与插指状电极形状互补的图形为掩膜板，依 次蒸镀10 20纳米的金属铬和30 40纳米的金属金，进而得到带有指间距离为10 20 微米、指宽度为5 8微米的插指状金电极区的硅基底；3) 将带有插指状金电极区的硅基底在水平方向倾斜40 50度角后放入事先配置好的 盛有叔丁基异腈铂的甲醇溶液的容器中，封闭容器，进而在插指状金电极区上进行叔丁基 异腈铂纳微米线的生长；4) 待甲醇缓慢挥发2 5天后，插指状金电极区会部分露出液面，在其上布满了绿色的 一维线状固体，即可停止生长，取出基片，从而制备得到基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电 器件。
3. 如权利要求2所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件的制备方法，其特 征在于金属铬和金属金是在2X 10—4 5X 10—4Pa大气压下由真空蒸镀的方法制备得到。
4. 如权利要求2所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件的制备方法，其特 征在于叔丁基异腈铂的甲醇溶液的浓度为IX 10—4 2X 10—3摩尔/升。
5. 权利要求1所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件在溶剂气氛传感器 方面的应用。
6. 如权利要求5所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件在溶剂气氛传感 器方面的应用，其特征在于用作甲醇、乙腈溶剂气氛传感器。
7. 权利要求1所述的一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件在光开关方面的应用。
全文摘要
本发明属于有机/配合物光电材料与器件领域，具体涉及一种基于叔丁基异腈铂纳微米线的光电器件及其制备方法。光电器件依次由硅基底、二氧化硅绝缘层、插指状电极、叔丁基异腈铂纳微米线组成，叔丁基异腈铂纳微米线垂直于插指状电极取向的方向生长。本发明在器件的制备过程中，利用了简单的溶液加工，避免了传统的真空蒸镀、溅射、真空气相沉积等复杂的方法。通过调节基片在溶液中的倾斜角度，就可以得到取向可控的叔丁基异腈铂纳微米线。通过调节溶液的浓度可以获得尺寸(直径和长度)不同的叔丁基异腈铂纳微米线。本发明的器件，具有较强的光开关功能，并且对甲醇、乙腈等溶剂气氛有灵敏、可逆、稳定的电信号响应，可做溶剂气氛的传感器。
文档编号H01L51/00GK101777624SQ20101003084
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者王悦 申请人:吉林大学