专利名称：一维酞菁化合物纳米薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明属有机半导体薄膜材料技术领域，具体涉及一种一维酞菁化合物纳米薄膜及其制备方法。
背景技术：
自从1991年Iijima等发现碳纳米管以来，一维纳米薄膜材料在光学、电子学、环境和医学等领域有着重要的应用前景，例如金属和半导体纳米线是纳米组装技术的关键材料，它为器件的微型化提供了材料基础。但是迄今为止，一维纳米薄膜材料的研究主要集中在金属、无机半导体和碳材料等几个方面。一维有机半导体材料，以其成本低、品种多和分子可裁性等优点，已成为一维纳米薄膜材料研究中一个新的研究热点。虽然酞菁类有机半导体材料，在信息记录材料、非线性光学材料、导体或半导体、气体传感器材料等领域得到了广泛的研究，但是有关其一维纳米薄膜材料制备未见报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种一维酞菁化合物纳米薄膜及其制备方法，该酞菁化合物纳米薄膜的尺寸大小可以按需要调节。
本发明提出的一维酞菁化合物纳米薄膜，由酞菁化合物用电化学沉积法制备获得，厚度为15-150nm；这里酞菁化合物是酞菁铝、酞菁铜、酞菁钴、酞菁镍、酞菁氧钛或酞菁氧钒等，或者是取代基团为C1～C12脂肪烃基、C1～C12烷氧基、卤素基、羟基、硝基或羧酸基等的取代酞菁铜、取代酞菁钴、取代酞菁镍、取代酞菁氧钛或取代酞菁氧钒。
上述酞菁类化合物中，优先采用酞菁铝，其化学结构式为 上述一维酞菁化合物纳米薄膜的制备步骤为(1)将酞菁化合物和有机溶剂混合，离心过滤，除去不溶解的酞菁化合物颗粒，配成重量浓度为0.01％～1％的酞菁化合物溶液；(2)将导电基板浸入上述酞菁化合物溶液中，用电压为1～10V、电流为1～10mA的外电场作用1～60分钟，在基板上得到一维酞菁有机纳米薄膜，去除溶剂，即得到干燥的一维酞菁类化合物纳米薄膜。本发明中，一维酞菁类化合物纳米薄膜的尺寸大小可以通过调节酞菁化合物溶液浓度、电压和电流大小来控制。一般厚度为15-150nm。
本发明中，有机溶剂可以是二氯甲烷、三氯甲烷、丁酮、环己酮、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺之一种或上述任意两种溶剂组成的混合溶剂，优选三氯甲烷、环己酮、二甲亚砜和乙二醇单乙醚。
本发明中，导电基质可以是导电的金属片、ITO玻璃和上面涂有导电介质的聚酯片，优选金属片和ITO玻璃。
本发明中，外电场的电压为1～10V，优选4～6V，电流为1～10mA，优选2～5mA，作用时间为1～60分钟，优选5～30分钟。
本发明中，去除溶剂可采用烘干法，烘干温度为60～120℃，优选80～100℃，烘干时间为2～8小时，优选4～6小时。
本发明通过电化学沉积方法，制备出具有一维纳米结构的酞菁类有机薄膜。这种一维酞菁类纳米薄膜，优点在于①通过调控电沉积电压、电流、沉积液浓度、电极和导电玻璃基片等因素，制备出不同形态和结构的酞菁类一维纳米薄膜；②该制备方法简便易行、效率高、成本低、成膜均匀和热稳定性高，可以工业化生产。本发明可应用于导电、传感和光电转换材料等领域。
图1是电化学沉积装置示意图(阳极ITO玻璃，阴极ITO玻璃，电沉积溶液酞菁铝溶液)。
图2是酞菁铝溶液浓度极低时制得的酞菁铝薄膜的原子力显微镜图。
图3是酞菁铝溶液浓度较低时制得的酞菁铝薄膜的原子力显微镜图。
图4是在酞菁铝溶液浓度较低的情况下，由于沉积电压不同所制得的酞菁铝薄膜的原子力显微镜图。
图5是酞菁铝溶液浓度较高时制得的酞菁铝薄膜的原子力显微镜图。
图6是酞菁铝溶液浓度较高的情况下，由于沉积电压较高所制得的酞菁铝薄膜的原子力显微镜图。
图中标号1为稳压电流，2为电流表，3为电极。
具体实施例方式
下面以一维酞菁铝薄膜为例，具体描述本发明。
在常温下将酞菁铝和有机溶剂以1∶100～10000(重量)的比例混合，对溶液进行离心过滤，除去不溶解的酞菁铝颗粒，最后配成浓度为0.01％～1％(重量)的酞菁铝溶液，优选0.05％～0.4％。所用的溶剂，是二氯甲烷、三氯甲烷、丁酮、环己酮、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或上述任意两种溶剂组成的混合溶剂，优选三氯甲烷、环己酮、二甲亚砜和乙二醇单乙醚。所用的导电基质是导电的金属片、ITO玻璃和上面涂有导电介质的聚酯片，优选金属片和ITO玻璃。采用电化学沉积方法，将导电基板浸入上述酞菁铝溶液中，用优选电压为4～6V和电流为2～5mA的外电场作用5～30分钟，在基板上得到一维酞菁铝纳米薄膜，去除溶剂，得到干燥的一维酞菁铝纳米薄膜，薄膜厚度优选为15～100nm。
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实施例具体明示的内容。
实施例1将酞菁铝和三氯甲烷，以1∶500(重量)的比例混合，再滴加几滴三氟乙酸，溶液离心过滤，除去不溶解的酞菁铝颗粒，最后配成浓度为0.2％(重量)的酞菁铝溶液。采用电化学沉积法，将ITO导电玻璃浸入上述酞菁铝溶液中，在电压为5V和电流为10mA的外电场作用下电沉积10分钟，在ITO基板上得到一维酞菁铝纳米薄膜，去除溶剂，得到干燥的一维酞菁铝纳米薄膜，其厚度为80nm。
该一维酞菁铝薄膜的微观结构如图2所示。
实施例2与实施例1相同，但是酞菁铝和三氯甲烷的比例变为1∶100(重量比)。
该一维酞菁铝薄膜的微观结构如图3所示。
实施例3与实施例2相同，但是电压变为0.5V，电流变为1mA。
该一维酞菁铝薄膜的微观结构如图4所示。
实施例4与实施例1相同，但是酞菁铝和三氯甲烷的比例变为1∶50(重量比)。
该一维酞菁铝薄膜的微观结构如图5所示。
实施例5与实施例1相同，但是酞菁铝和三氯甲烷的比例变为1∶20(重量比)，电压变为20V，电流变为10mA。
实施例6与实施例1相同，但是酞菁铝变为酞菁铜。
实施例7与实施例1相同，但是酞菁铝变为酞菁钴。
实施例8与实施例1相同，但是酞菁铝变为酞菁氧钛。
该一维酞菁铝薄膜的微观结构如图6所示。
上述各例所制得的一维酞菁化合物薄膜均具有良好的性能，成膜均匀，热稳定性高，可用作导电、传感或光电转换材料等。
权利要求
1.一种一维酞菁化合物纳米薄膜，其特征在于由酞菁化合物用电化学沉积法制备获得，厚度为15-500nm；其中，酞菁化合物为酞菁铝、酞菁铜、酞菁钴、酞菁镍、酞菁氧钛或酞菁氧钒，或者是取代基团为C1～C12脂肪烃基、C1～C12烷氧基、卤素基、羟基、硝基或羧酸基的取代酞菁铜、取代酞菁钴、取代酞菁镍、取代酞菁氧钛或取代酞菁氧钒。
2.一种如权利要求1所述的一维酞菁化合物纳米薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为(1)将酞菁化合物和有机溶剂混合，离心过滤，除去不溶解的酞菁化合物颗粒，配成重量浓度为0.01％～1％的酞菁化合物溶液；(2)将导电基板浸入上述酞菁化合物溶液中，用电压为0～10V、电流为0～10mA的外电场作用1～60分钟，在基板上得到一维酞菁化合物纳米薄膜，去除溶剂，即得到干燥的一维酞菁化合物纳米薄膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所说的酞菁化合物为酞菁铝，其化学结构式为
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所说的有机溶剂是二氯甲烷、三氯甲烷、丁酮、环己酮、乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺之一种或上述任意两种溶剂组成的混合溶剂。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所说的导电基质是导电的金属片、ITO玻璃或上面涂有导电介质的聚酯片。
6.根据权利要求2所述的的制备方法，其特征在于所说的酞菁化合物溶液重量浓度为0.05％～0.4％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所说的外电场的电压为4～6V，电流为2～5mA，作用时间为5～30分钟。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所说的去除溶剂采用烘干法，烘干温度为60～120℃，烘干时间为2～8小时。
全文摘要
本发明属于有机半导体薄膜材料技术领域，具体为一种一维酞菁类化合物纳米薄膜及其制备方法。该薄膜由酞菁类化合物经电化学沉积法制备获得，厚度为15－500nm，酞菁类化合物为酞菁铝、酞菁铜、酞菁钴、酞菁镍、酞菁氧钛或酞菁氧钒等。本发明可通过调控电沉积的电压、电流、沉积液浓度、电极等因素，制备得不同形态和结构的一维酞菁类有机纳米薄膜，方法简便易行，效率高，成本低，成膜均匀，薄膜的热稳定性高，易于工业化生产。本发明可用于导电、传感和光电转换材料等领域。
文档编号C23C16/503GK1614084SQ200410089038
公开日2005年5月11日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者杨正龙, 浦鸿汀 申请人:同济大学