[发明专利]一种有机/金属纳米线异质结、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机/金属纳米线异质结的制备方法及其应用。

背景技术

光子学器件具有电子学器件无法比拟的高速、高带宽和低能耗等优点，在光信息处理和光子学计算中扮演着非常重要的角色。聚合物、无机半导体和有机材料等传统的介质材料，常用来制备光子学器件，但是在这些器件中光信号的传导受到衍射极限的限制，难以满足在集成光路中应用的需求。因此，减小光子学器件的尺寸，在纳米尺度下实现对光子的操纵就具有非常重要的意义。金属纳米材料，特别是金属纳米线，其表面的导带电子能够与电磁场相互耦合形成表面等离子体激元（SPPs），它可以打破衍射极限，实现光信号在亚波长尺度下传导，这在未来的集成光路方面具有重要的应用前景。但金属纳米材料具有较高的欧姆损耗，光信号的传导距离受到限制，使得全金属的集成光路难以实现。

于是研究者们提出，将介质波导与金属纳米线集成起来制备成纳米复合体系，这样在光信号的传导方面既具有介质材料的低损耗的优点又具有金属纳米材料的亚波长传导的独特优势。目前的制备方法主要有光刻法和微操作法。光刻法制备这种纳米复合材料成本高，制备过程复杂，且容易在金属纳米线表面残留下大量的光刻胶，产生额外的传导损耗。微操作法制备过程费时费力，非常不利于纳米复合材料的大量制备，且在这种搭建的复合结构中，介质波导与金属纳米线简单的相互接触，整体结构的机械稳定性不好，不利于光信号在波导之间稳定的耦合传导。因此，亟待寻找一种更为简单实用的方法来集成介质波导和金属纳米线。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机/金属纳米线异质结的制备方法。选用有机分子来制备介质波导，利用有机分子的自组装将分散于液相中的金属纳米线包埋于其中，形成以有机介质波导为主干，金属纳米线为枝的纳米复合结构。

本发明通过如下技术方案实现：

一种制备有机/金属纳米复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）将金属纳米线分散于溶剂中，得到金属纳米线的分散体系；

2）将有机分子溶解于良溶剂中，得到有机分子的良溶液；

3）取上述步骤2）所述的有机分子的良溶液加入到上述步骤1）的分散体系，得到混合体系；

4）静置混合体系后，得到分散于溶剂中的有机/金属纳米复合材料；

5）取上述步骤4）中的溶液，滴在基片上，干燥后，得到有机/金属纳米复合材料。

根据本发明，所述有机/金属纳米复合材料为有机/金属纳米线异质结。

根据本发明，所述有机材料为单晶结构的一维材料。

根据本发明，所述金属纳米线为晶体结构。

根据本发明，所述步骤1）中金属纳米线选自能与电磁场耦合形成表面等离子体激元的金属纳米线。优选地，所述金属纳米线选自银、金、铝和铜等。

根据本发明，所述溶剂选自可分散金属纳米线的小分子溶剂。优选地，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮等。

根据本发明，所述金属纳米线分散体系的质量百分比浓度为0.0001-20%。优选地，浓度为0.001-18%，更优选0.01%-10%，还更优选0.1%-5%。

根据本发明，步骤2）中所述有机分子选自金属配合物或小分子有机化合物。优选地，所述有机分子选自三苯基吡啶合铱（Ir(ppy)₃）、三（1-苯基-异喹啉）合铱（Ⅲ）（Ir(piq)₃）、钌联吡啶、9,10-二苯乙炔基蒽、红荧烯、DCM等。

所述良溶剂为有机溶剂。优选地，所述良溶剂选自乙醇、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷及其混合物。优选地，所述有机分子摩尔浓度为0.001-40毫摩尔/升，更优选为0.01-30毫摩尔/升，还更优选为0.1-20毫摩尔/升。所述良溶液是将上述有机分子溶解于上述良溶剂中得到的溶液。

根据本发明，步骤3）中，加入到步骤2）中的有机分子的良溶液到步骤1）所述的分散体系中，良溶液与分散体系的体积比为1:500-1:1，优选地，为1：400-1：10；还更优选1：200-1：100。

根据本发明，步骤4）中，静置时间大于30分钟，温度为0-70℃。溶剂为分散金属纳米线的溶剂，有机分子的良溶剂已经挥发。

根据本发明，所述有机分子在静置过程中自组装形成直径为纳米或微米尺度的单晶一维介质波导，并在这个过程中将金属纳米线包埋在有机介质波导内。

根据本发明，步骤5）中，所用基片为各种常用的基片，如玻璃基片、石英基片、硅基片或导电玻璃基片均适用于本方法。