一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法

专利名称：一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法。
技术背景纳米材料由于其具有的独特的性质，不仅在电子、光学、力学等器件方面有巨大 的潜在应用前景，而且对化学、物理学、电子学、光学、材料科学以及生物科学等领 域的基础研究有着深远意义。近年来，随着纳米科技的发展，无机和半导体纳米材料 的制备得到了极大的发展，但是，由于有机分子的高温不稳定，构筑有机化合物纳米 结构和纳米结构阵列，仍旧是当前研究的一个难点。最近，已有研究报道利用加载气 的物理气相沉积制备了酞箐铜和氟代酞箐铜纳米带和纳米线，并发现这些纳米结构具 有较好的半导体性能。但是，如何把有机化合物构筑成更为复杂的微纳米结构(纳米管、 纳米塔状物等)及其阵列仍未见报道。发明内容本发明的目的是提供一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法。 本发明所提供的制备有机化合物单晶纳米结构的方法，包括如下步骤1) 将基片和装有有机化合物粉末的石英舟放入石英管中，将石英管与真空系统 相连接，并把石英管内的压力抽至1(T2—5pa;2) 将石英舟温度加热到有机物化合物的升华温度，同时加热基片到比有机化合 物升华温度低130-18(TC的温度，保持石英管内的真空度，在基片上生长得到有机化 合物单晶纳米结构。其中，优选的，石英管内的压力为lpa。常用有机化合物选自酞菁类化合物，卟 啉类化合物，噻吩类化合物，喹啉类化合物。常用基片为单晶硅片，Si/Si02片，玻璃基片罗陶瓷基片o本发明方法利用有机物在真空条件下易于升华的特点，通过适当的加热使之升 华，并在低温区合适的基底上沉积生长，所得产物即为单晶纳米结构。 一方面，因没 有载气碰撞或与氧气反应，所以升华的有机物分子能够保持原有的分子结构；另一方 面，有机分子在高温下升华所带来的动能帮助其在低温沉积时调整本身相对位置，使 其形成晶体结构。通过有机物分子蒸气的压力，加热温度，基底温度以及样品的沉积 生长时间，就能够调控有机化合物纳米结构的形貌，例如纳米管，纳米塔状物，纳米 线/带、纳米片层、纳米花瓣等，同时也能够得到这些纳米结构的阵列。本发明不仅简 单易行，而且不需要使用模板和催化剂；得到的纳米结构结晶好，无缺陷，纯度高， 并且实验的重现性也较好。与其它现有技术相比，本发明具有以下特点
1. 本发明巧妙利用真空泵持续工作造成的压力，使样品分子从高温区转移到低温 区，并在基底上沉积生长，不需要通入载气，因而具有简单经济，操作方便，生长迅 速等优点；
2. 由于生长过程是在真空条件下完成，样品的升华温度低，不易氧化；由于没有 载气的影响，有机分子升华后不与载气分子碰撞分解，因此样品纯度高，结晶度好。 同时，整个实验过程在真空中完成，不受载气流涨落的影响，所以实验的重现性较好， 达到产物形貌的完全可控。
3. 有机化合物单晶纳米结构的形貌决定于有机化合物的性质，生长过程中有机化 合物蒸气的压力以及基底的类别来控制。因此，通过调整有机化合物分子类别和实验 条件可以得到形貌各异的有机化合物单晶纳米结构。
4. 通过本发明制备的有机分子纳米结构为单晶结构，物理化学性质均一，适合用
于构筑稳定的纳米电子器件。
5. 本发明使用范围广泛，可用于制备各种有机分子纳米结构及其阵列。


图1为为制备有机化合物单晶纳米结构设备的结构示意图2为所得氯代铜酞箐纳米四方管阵列的SEM照片；
图3为所得氟代铜酞箐纳米带状阵列的扫描电子显微镜照片；
图4为所得铜酞箐纳米线的扫描电子显微镜照片；
图5为所得氯代铁酞箐四方纳米塔的扫描电子显微镜照片；
图6为所得氯代铁酞箐纳米花瓣的扫描电子显微镜照片；
图7为所得Alq3纳米片层阵列的扫描电子显微镜照片；
图8为所得(dppy)BF纳米线的扫描电子显微镜照片。
具体实臃方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为制备有机化合物单晶纳米结构设备的结构示意图，图中，l为水 平管式加热炉；2为石英管；3为石英舟；4为样品生长基片，5为高真空系统它由
真空指示计6、冷井7、扩散泵8和机械泵9组成。
首先，把适量的有机化合物粉末，放入石英舟3中，再把石英舟3放到石英管2 的底部；然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端 与真空系统5相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至lpa， 然后利用水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到有机化合物的升华温度(具体的温 度由有机化合物的种类决定)，并保持10分钟，使石英舟3中有机化合物粉末升华 成有机化合物蒸气，并控制样品生长基片4的温度在一定的范围(基片的温度主要由 有机物的类别及其自身的物理化学性质决定，这些因素包括有机物的分子量，组成元 素，分子结构，分子之间的相互作用力等，该温度比所用的有机化合物的升华温度低 130-180°C)，利用真空泵持续工作造成的有机化合物蒸气的压力差，使有机化合物 蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并使之在基底上(Si、 Si/Si02或其它基底) 沉积生长。生长完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到有机化合物的单 晶纳米结构及其阵列。
实施例l:制备氯代铜酞箐单晶纳米结构
称取适量的氯代铜酞箐粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部; 然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系 统5相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至lpa，然后利 用水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到500—52(TC，并保持10分钟，使石英舟 3中氯代铜酞菁粉末升华成氯代铜酞箐蒸气，并控制样品生长基片4 (Si/Si02片)的 温度在350—380'C之间，利用真空泵持续工作造成不同温区的氯代铜酞箐蒸气压力 差，使氯代铜酞菁蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并使之在Si/Si02基底上 沉积生长。生长完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到氯代铜酞箐的纳 米四方管及其阵列。图2为所得氯代铜酞箐纳米四方管阵列的SEM照片，其中，a)低 倍扫描电子显微镜照片；b)中等放大倍数的扫描电子显微镜照片；c，d)高分辨的扫描 电子显微镜照片，可以看出纳米四方管的直径在1-2pm，长度在20-30拜，厚度在 80-100 nm，管口为正方形或长方形。
实施例2:制备氟代铜酞箐单晶纳米结构
称取适量的氟代铜酞箐粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部; 然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系 统5相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至lpa，然后利 用水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到450—47CTC，并保持5分钟，使石英舟3 中氟代铜酞箐粉末升华成氟代铜酞箐蒸气，并控制样品生长基片4 (硅片)的温度在 280-330'C之间，利用真空泵持续工作造成不同温区的氟代铜酞箐蒸气压力差，使氟 代铜酞箐蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并使之在硅基底上沉积生长。沉积 完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到氟代铜酞箐的纳米带及其阵列。
图3为所得氟代铜酞箐纳米带状阵列的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描 电子显微镜照片；b)高倍扫描电子显微镜照片。
实施例3:制备铜酞箐单晶纳米结构
称取适量的铜酞箐粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部；然 后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系统 5相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至lpa，然后利用水 平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到400—42(TC，并保持10分钟，使石英舟3中 铜酞箐粉末升华成铜酞箐蒸气，并控制样品生长基片4的温度在250—28(TC之间，利 用真空泵持续工作造成不同温区的铜酞箐蒸气压力差，使铜酞箐蒸气从高温和高压区 转移到低温低压区，并使之在Si基底上沉积生长。生长完毕后，停止加热，冷却石 英管，取出样品，即得到铜酞箐的纳米线。
图4为所得铜酞箐纳米线的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描电子显微镜 照片；b)高倍扫描电子显微镜照片。
实施例4:制备氯代铁酞箐单晶纳米结构
称取适量的氯代铁酞箐粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部； 然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系 统5相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至lpa，然后利 用水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到520—550°C ，并保持10分钟，使石英舟 3中氯代铁酞箐粉末升华成氯代铁酞箐蒸气，并控制样品生长基片4 (硅片)的温度 在350—38(TC之间，利用真空泵持续工作造成不同温区的氯代铁酞箐蒸气压力差，使 氯代铁酞箐蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并使之在Si基底上沉积生长。 生长完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到氯代铁酞箐的纳米塔状物。
图5为所得氯代铁酞箐四方纳米塔的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描电
子显微镜照片；b)中等放大倍数的扫描电子显微镜照片；C)高分辨的扫描电子显微镜 照片。
实施例5:制备氯代铁酞箐单晶纳米结构
称取适量的氣代铁酞脊粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部； 然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系 统相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至0.5pa，然后利用 水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到520—55(TC，并保持10分钟，使石英舟3 中氯代铁酞箐粉末升华成氯代铁酞箐蒸气，并控制样品生长基片4 (Si/Au片)的温 度在350—380'C之间，利用真空泵持续工作造成不同温区的氯代铁酞箐蒸气压力差， 使氯代铁酞箐蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并使之在Si/Au基底上沉积生 长。生长完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到氯代铁酞箐的纳米花瓣。
图6为所得氯代铁酞箐纳米花瓣的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描电子 显微镜照片；b)高倍扫描电子显微镜照片。
实施例6:制备AlQ3单晶纳米结构
称取适量的Alq3(q为八羟基喹啉)粉末，放入石英舟3中，把石英舟3放到石英 管2的底部；然后把石英管2放入水平管式加热炉1的中央位置，并把石英管2的开 口端与真空系统相连接。在开始阶段，首先利用真空系统把石英管2内的压力抽至3pa， 然后利用水平管式加热炉1把石英舟3迅速加热到330—35(TC ，并保持10分钟，使 石英舟3中Alq3粉末升华成Alq3蒸气，并控制样品生长基片4(硅片)的温度在150—180 t之间，利用真空泵持续工作造成不同温区的Alq3蒸气压力差，使Alq3蒸气从高温和 高压区转移到低温低压区，并使之在Si基底上沉积生长。生长完毕后，停止加热， 冷却石英管，取出样品，即得到Alq3的纳米片层及其阵列。
图7为所得Alq3纳米片层阵列的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描电子显 微镜照片；b)高倍扫描电子显微镜照片。
实施例7:制备(dppy)BF单晶纳米结构
称取适量的(dppy)BF (—种蓝光染料，它的分子结构式见图8)粉末，放入石 英舟3中，把石英舟3放到石英管2的底部；然后把的石英管2放入水平管式加热炉 l的中央位置，并把石英管2的开口端与真空系统相连接。在开始阶段，首先利用真 空系统把石英管2内的压力抽至O.lpa，然后利用水平管式加热炉1把石英舟3迅速
加热到300—320°C ，并保持10分钟，使石英舟3中(dppy)BF粉末升华成(dppy)BF蒸 气，并控制样品生长基底4的温度在200—22(TC之间，利用真空泵持续工作造成不同 温区的(dppy)BF蒸气压力差，使(dppy)BF蒸气从高温和高压区转移到低温低压区，并 使之在Si基底上生长。生长完毕后，停止加热，冷却石英管，取出样品，即得到(dppy)BF
的纳米线。
图8为所得(dppy)BF纳米线的扫描电子显微镜照片，其中，a)低倍扫描电子显 微镜照片；b)高倍扫描电子显微镜照片；图8a中的插图为(dppy)BF的分子式。
需要说明的是，上述实施例只是用来说明本发明的技术特征，不是用来限定本发 明的专利申请范围，比如上述实施例中也可采用其它生长基底例如玻璃、陶瓷等， 也可采用其它有机化合物，如卟啉，噻吩等；但其原理仍属本发明的专利申请范畴。
权利要求
1. 一种制备有机化合物单晶纳米结构的方法，包括如下步骤1)将基片和装有有机化合物粉末的石英舟放入石英管中，将石英管与真空系统相连接，并把石英管内的压力抽至10-2-5pa；2)将石英舟温度加热到有机物化合物的升华温度，同时加热基片到比有机化合物升华温度低130-180℃的温度；保持石英管内的真空度，在基片上生长得到有机化合物单晶纳米结构。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机化合物选自酞菁类化合物，卟啉类化合物，噻吩类化合物，喹啉类化合物。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述基片为单晶硅片，Si/Si02片，玻璃基片，陶瓷基片。
4、 根据权利要求1 —3任一所述的方法，其特征在于石英管内的压力为lpa。
全文摘要
本发明公开了制备有机化合物单晶纳米结构的方法，包括如下步骤1)将基片和装有有机化合物粉末的石英舟放入石英管中，将石英管与真空系统相连接，并把石英管内的压力抽至10^-2-5Pa；2)将石英舟温度加热到有机物化合物的升华温度，同时加热基片到比有机化合物升华温度低130-180℃的温度，保持石英管内的真空度，在基片上生长得到有机化合物单晶纳米结构。本发明不仅简单易行，而且不需要使用模板和催化剂；得到的纳米结构结晶好，无缺陷，纯度高，并且实验的重现性也较好。
文档编号C30B29/54GK101210347SQ200610169870
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者伟 刘, 王春儒, 闫东伟 申请人:中国科学院化学研究所