專利名稱：基于氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的制備方法及全光開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一維納米結(jié)構(gòu)的全光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及氧化鋅納
米線有序陣列或單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的制備方法，及由該方法得到的基于氧化鋅納米線有序陣列或單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
作為分子計(jì)算機(jī)的核心，分子開(kāi)關(guān)的研究近年來(lái)引起了研究者的極大興趣。"與門"、"或門"、"非門"、"與或門"、"與非門"、"或非門"、"半加法"、"半減法"、"復(fù)用器"、"解復(fù)用器"、"全加法"、"編碼器"、"解碼器"等各種功能的分子開(kāi)關(guān)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。目前，這些分子開(kāi)關(guān)的研究主要集中在溶液中，溶液中分子不易控制，使其應(yīng)用受到限制。而且，目前大多數(shù)分子開(kāi)關(guān)的輸入和輸出信號(hào)不統(tǒng)一 (如輸入是化學(xué)物質(zhì)、輸出是光信號(hào))，這成為分子邏輯器件后期應(yīng)用和集成的主要障礙(Chem. Soc. Rev. ，2010,39， 174)。對(duì)于溶液中分子開(kāi)關(guān)不易控制的問(wèn)題，可以將分子開(kāi)關(guān)固定在固體表面，形成固體邏輯器件。已有幾篇文獻(xiàn)報(bào)道了玻璃(Nature, 2008， 454， 417)、聚合物(NatureMaterials， 2006， 5， 787)、硅納米線(Angew.Chem. Int.Ed. ，2009,48,3469)表面修飾的分子開(kāi)關(guān)，這些研究雖然實(shí)現(xiàn)了固體表面的邏輯功能，但邏輯功能的實(shí)現(xiàn)仍需借助溶液中的化學(xué)物質(zhì)的輸入。由于光的傳播不需要液體介質(zhì)，用光作為輸入輸出能極大的方便邏輯器件的操作，而且輸入輸出信號(hào)的統(tǒng)一對(duì)器件的集成提供了很好的基礎(chǔ)。因此，固體表面全光開(kāi)關(guān)的研究成為必要。實(shí)際上，很多發(fā)光分子修飾到固體表面以后，發(fā)光相對(duì)較弱，這在分子邏輯器件的集成中不利于作為下一個(gè)邏輯操作的輸入。最近，Hahm等報(bào)道了納米氧化鋅具有增強(qiáng)熒光的作用(Adv.Mater.2006，18，2685)，因此，在氧化鋅納米材料表面修飾熒光分子開(kāi)關(guān)可以用增強(qiáng)的熒光作為邏輯器件的輸入或輸出。在氧化鋅納米材料中，氧化鋅納米線有序陣列可以在不同的氧化鋅納米線表面修飾不同功能的分子開(kāi)關(guān)，為了實(shí)現(xiàn)分子邏輯器件的小型化和模塊化提供基礎(chǔ)。同時(shí)，單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)有利于小型邏輯器件之間的交流。這些性質(zhì)使氧化鋅納米線有序陣列成為全光開(kāi)關(guān)的很好的載體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是充分利用氧化鋅納米線的小尺寸及氧化鋅納米線有序陣列制備的方便性，將光致變色材料螺吡喃衍生物修飾在由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列表面，從而提供基于氧化鋅納米線(氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線)的全光開(kāi)關(guān)的制備方法。 本發(fā)明的再一 目的是提供由目的一方法制備得到的表面修飾有光致變色材料螺吡喃衍生物的氧化鋅納米線有序陣列或單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)，為全光器件的小型化和模塊化提供重要基礎(chǔ)。 本發(fā)明的方法是將由電化學(xué)沉積法、水熱法或化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行氧等離子體表面處理；然后再對(duì)表面處理過(guò)的氧化鋅納米
3線有序陣列的表面進(jìn)行修飾，在其表面共價(jià)修飾光控的螺吡喃衍生物，得到基于氧化鋅納米線有序陣列或單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 本發(fā)明的基于氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的制備方法包括以下步驟 1)氧化鋅納米線有序陣列的表面處理 將電化學(xué)沉積法、水熱法或化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅
納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中超聲(功率為35瓦 150瓦)處理
1 20分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含量為10 100%，電
壓100 500伏，時(shí)間10秒 5分鐘，溫度為10 35°C ;此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米
線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾； 2) N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的合成 在裝有二氯甲烷的容器(如圓底燒瓶)中分別加入N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝
基吲哚啉螺吡喃、三乙胺、異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4 10小時(shí)，用石油醚與乙酸乙
酯體積比為3 : 1 6 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙基-3，
3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物；其中N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃異氰酸丙基三乙氧基硅
烷三乙胺的摩爾比為i : o.5 3 : o.02 o. i; 3)氧化鋅納米線有序陣列的表面修飾(如圖1所示) 將步驟1)得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含0. 1毫摩爾每升 30毫摩爾每升的步驟2)得到的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物的無(wú)水甲苯溶液中，惰性氣體保護(hù)下，在溫度為25 ll(TC下加熱8 48小時(shí)后，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲(功率為35瓦 150瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥，在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)。 對(duì)步驟3)在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)；將步驟3)在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分散于有機(jī)溶劑中，然后滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。所述的分散用有機(jī)溶劑為易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，如選自丙酮、乙醇、甲醇等所組成的組中的至少一種。 所述的單根氧化鋅納米線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米。
步驟1)所述的有機(jī)溶劑是甲醇、丙酮或乙醇中的一種。 步驟3)所述的超聲清洗用有機(jī)溶劑依次使用甲苯，二氯甲烷，乙醇(使用每種溶劑的超聲時(shí)間無(wú)特別限制)。 步驟3)所述的無(wú)水甲苯優(yōu)選是新蒸的無(wú)水甲苯。 在對(duì)本發(fā)明方法得到的基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)，是將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè)試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)本發(fā)明中的單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為530 580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 對(duì)氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)所使用的調(diào)控光包括紫外光及可見(jiàn)光；其中紫外光可以通過(guò)汞燈、氙燈、紫外激光器中的一種提供；所用可見(jiàn)光可以由白熾燈、汞燈、氙燈或可見(jiàn)激光器提供。 所述氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)所使用的紫外光或可見(jiàn)光調(diào)控時(shí)間為10秒 30分鐘。 本發(fā)明所提供的全光開(kāi)關(guān)是基于氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)；尤其是基于氧化鋅納米線有序陣列或分散的單根納米線的全光開(kāi)關(guān)。 本發(fā)明的方法也適用于氧化銦、氧化硅等其它一維納米材料。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)對(duì)由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序
陣列表面進(jìn)行活化后，在其表面共價(jià)修飾光控材料N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉
螺吡喃的衍生物，得到基于氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)，這為
器件小型化及模塊化提出了新的思路和制備技術(shù)，尤其是全光調(diào)控的小型器件為組裝更高
級(jí)的光學(xué)器件提供了重要的基礎(chǔ)。本發(fā)明制備的氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米
線的全光開(kāi)關(guān)，在全光器件的小型化及模塊化中有廣泛的應(yīng)用前景。 下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1.本發(fā)明中全光開(kāi)關(guān)的制備過(guò)程示意圖。
圖2.本發(fā)明中氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)過(guò)程示意圖。 圖3.本發(fā)明實(shí)施例1的氧化鋅納米線有序陣列在紫外光照前(實(shí)線)后(虛線)的熒光光譜圖。 圖4.本發(fā)明實(shí)施例2的氧化鋅納米線有序陣列在不同紫外光照時(shí)間下的熒光光譜。 圖5.本發(fā)明實(shí)施例4的氧化鋅納米線有序陣列在紫外光及可見(jiàn)光交替照射下的熒光顯微鏡照片(A-D)，圖5E對(duì)應(yīng)熒光顯微鏡下紫外光及可見(jiàn)光交替照射下樣品的熒光積分強(qiáng)度。 圖6.本發(fā)明實(shí)施例6中單根氧化鋅納米線在紫外光及可見(jiàn)光交替照射下的熒光顯微鏡照片(A-D)，圖6E對(duì)應(yīng)圖A-D中沿a-b的線掃描的熒光強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例中涉及的熒光光譜儀是日本Hitachi公司生產(chǎn)的F-4500熒光光譜儀；顯微鏡是日本Olympus公司生產(chǎn)的BX51熒光顯微鏡。
實(shí)施例1 將電化學(xué)沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在丙酮中超聲(50瓦)處理5分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含量為25%，電壓500伏，時(shí)間3分鐘，溫度為25°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入118毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝基吲哚啉螺吡喃、0. 054毫升三乙胺、0. 089毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流8小時(shí)，用石油醚與乙酸乙酯體積比為3 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含20毫摩爾每升的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體保護(hù)下，在ll(TC下加熱24小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(50瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥，在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分散于乙醇中，然后滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè)試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。結(jié)果如圖3所示，在紫外光照后，熒光大大增強(qiáng)?？梢杂脠D2的機(jī)理進(jìn)行解釋，在紫外光照下，氧化鋅納米線表面的結(jié)構(gòu)從不發(fā)熒光的A態(tài)轉(zhuǎn)化到發(fā)射熒光的B態(tài)。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為18瓦365納米紫外燈10分鐘及氙燈加450納米濾光片10分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光10秒及540-580納米的可見(jiàn)光20秒。
實(shí)施例2 將化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在乙醇中超聲(35瓦)處理10分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含量為10%，電壓400伏，時(shí)間1分鐘，溫度為35°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入59毫克N-羥乙基-3， 3_ 二甲基_6_硝基吲哚啉螺吡喃、0. 054毫升三乙胺、0. 089毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4小時(shí)，用石油醚與乙酸乙酯體積比為4 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含10毫摩爾每升的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氮?dú)怏w
6保護(hù)下，在9(TC下加熱48小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(35瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于丙酮中，然后滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。結(jié)果如圖4所示，在紫外光照后，熒光大大增強(qiáng)。隨著紫 外光照時(shí)間的延長(zhǎng)，熒光逐漸增強(qiáng)?？梢杂脠D2的機(jī)理進(jìn)行解釋，在紫外光照下，氧化鋅納 米線表面的結(jié)構(gòu)從不發(fā)熒光的A態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化到發(fā)射熒光的B態(tài)。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為18瓦256納米紫外燈5分鐘及40瓦白熾 燈15分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光10 秒及540-580納米的可見(jiàn)光20秒。
實(shí)施例3 將電化學(xué)沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米 線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在 甲醇中超聲(120瓦)處理3分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含 量為50%，電壓250伏，時(shí)間2分鐘，溫度為20°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成 的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入118毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 027毫升三乙胺、0. 089毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小時(shí)，用 石油醚與乙酸乙酯體積比為5 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含30毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體 保護(hù)下，在6(TC下加熱36小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(120瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于甲醇中，然后滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè)試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為40瓦256納米紫外燈5分鐘及100瓦白 熾燈10分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光 10秒及綠光OLED的可見(jiàn)光10秒。
實(shí)施例4 將化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納 米線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先 在丙酮中超聲(150瓦)處理1分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣 含量為10%，電壓100伏，時(shí)間5分鐘，溫度為15°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu) 成的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入99毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 018毫升三乙胺、0. 05毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流10小時(shí)，用 石油醚與乙酸乙酯體積比為6 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含5毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氮?dú)怏w 保護(hù)下，在8(TC下加熱48小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(150瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于丙酮中，滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為40瓦265納米紫外燈5分鐘及40瓦白熾 燈15分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光10 秒及540-580納米的可見(jiàn)光20秒。氧化鋅納米線有序陣列全光開(kāi)關(guān)結(jié)果如圖5所示。在紫 外光和可見(jiàn)光的交替照射下，氧化鋅納米線有序陣列的熒光處于開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)的交替。
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實(shí)施例5 將電化學(xué)沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米 線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在 乙醇中超聲(35瓦)處理20分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含 量為100%，電壓300伏，時(shí)間0. 5分鐘，溫度為20°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線 構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。
在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入118毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 03毫升三乙胺、0. 18毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流5小時(shí)，用石 油醚與乙酸乙酯體積比為4.5 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含15毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體 保護(hù)下，在7(TC下加熱36小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(35瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于乙醇中，滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為紫外激光器5秒及綠光0LED10秒。單根 氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光10秒及540-580納 米的可見(jiàn)光20秒。
實(shí)施例6 將水熱法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米線的直 徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在甲醇中 超聲(50瓦)處理15分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含量為 30% ，電壓500伏，時(shí)間10秒，溫度為30°C 。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化 鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入85毫克N-羥乙基-3， 3_ 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 018毫升三乙胺、0. 089毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流9小時(shí)，用 石油醚與乙酸乙酯體積比為3 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
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將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含25毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體 保護(hù)下，在IO(TC下加熱18小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(50瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于甲醇中，滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光20 秒及540-580納米的可見(jiàn)光30秒。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的 330-380納米紫外光10秒及540-580納米的可見(jiàn)光20秒。單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)結(jié) 果如圖6所示。在紫外光和可見(jiàn)光的交替照射下，單根氧化鋅納米線的熒光處于開(kāi)和關(guān)兩 種狀態(tài)的交替。
實(shí)施例7 將電化學(xué)沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米 線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在 丙酮中超聲(35瓦)處理8分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含 量為40%，電壓400伏，時(shí)間40秒，溫度為25°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成 的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入118毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 027毫升三乙胺、0. 045毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小時(shí)，用 石油醚與乙酸乙酯體積比為5 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含0. 5毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體 保護(hù)下，在9(TC下加熱12小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲 苯、二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(35瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝 基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全 光開(kāi)關(guān)。 在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分散于乙醇中，滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為18瓦365納米紫外燈10分鐘及氙燈加 450納米濾光片10分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納 米紫外光10秒及540-580納米的可見(jiàn)光20秒。
實(shí)施例8 將化學(xué)氣相沉積法得到在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線(單根氧化鋅納米 線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米)構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列先在 乙醇中超聲(130瓦)處理3分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含 量為35%，電壓400伏，時(shí)間5分鐘，溫度為35°C。此過(guò)程能夠使由單根氧化鋅納米線構(gòu)成 的氧化鋅納米線有序陣列的表面產(chǎn)生一層羥基，有利于表面修飾。 在裝有二氯甲烷的圓底燒瓶中分別加入118毫克N-羥乙基-3， 3- 二甲基_6_硝 基吲哚啉螺吡喃、0. 054毫升三乙胺、0. 089毫升異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小時(shí)，用 石油醚與乙酸乙酯體積比為6 : l作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙 基-3， 3- 二甲基-6-硝基噴哚啉螺吡喃硅烷衍生物。 將得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含20毫摩爾每升的 N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸無(wú)水甲苯溶液中，氬氣體 保護(hù)下，在ll(TC下加熱8小時(shí)，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列依次在甲苯、 二氯甲烷、乙醇中進(jìn)行超聲(130瓦)清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚 啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)。
在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行進(jìn)一步的處理，可得到單根氧化鋅納 米線的全光開(kāi)關(guān)；將在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分 散于丙酮中，滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。 將氧化鋅納米線有序陣列固定于熒光光譜儀的固體樣品夾上，進(jìn)行開(kāi)關(guān)功能的測(cè) 試。所用的激發(fā)光波長(zhǎng)為550納米，發(fā)射光波長(zhǎng)為635納米。激發(fā)光源為熒光光譜儀自帶 的氙燈。發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)定使用了 620納米的濾光片。檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列的熒 光變化，是檢測(cè)基于氧化鋅納米線有序陣列表面N-羥乙基-3， 3- 二甲基-6-硝基吲哚啉螺 吡喃硅烷衍生物熒光增強(qiáng)或淬滅。 對(duì)單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)的檢測(cè)使用的是熒光顯微鏡。所用激發(fā)波長(zhǎng)為 530-580納米，為儀器自帶的100瓦汞燈提供。 氧化鋅納米線有序陣列使用的調(diào)控光為40瓦256納米紫外燈5分鐘及100瓦白 熾燈10分鐘。單根氧化鋅納米線使用的調(diào)控光為100瓦汞燈提供的330-380納米紫外光 10秒及綠光OLED的可見(jiàn)光10秒。
權(quán)利要求
一種基于氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的制備方法，該制備方法包括以下步驟1)氧化鋅納米線有序陣列的表面處理將電化學(xué)沉積法、水熱法或化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的由單根氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中超聲處理1～20分鐘，取出真空干燥后，放入氧等離子系統(tǒng)中處理其中氧氣含量為10～100％，電壓100～500伏，時(shí)間10秒～5分鐘，溫度為10～35℃；2)N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的合成在裝有二氯甲烷的容器中分別加入N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、三乙胺、異氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4～10小時(shí)，用石油醚與乙酸乙酯體積比為3∶1～6∶1作為淋洗劑，過(guò)氧化硅柱色譜，分離得到油狀的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物；其中N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃∶異氰酸丙基三乙氧基硅烷∶三乙胺的摩爾比為1∶0.5～3∶0.02～0.1；3)氧化鋅納米線有序陣列的表面修飾將步驟1)得到的表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列立即浸入到含0.1毫摩爾每升～30毫摩爾每升的步驟2)得到的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的無(wú)水甲苯溶液中，惰性氣體保護(hù)下，在溫度為25～110℃下加熱8～48小時(shí)后，溫度降至室溫，將得到的氧化鋅納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的N-羥乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物，取出真空干燥，在基底上得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是將步驟3)在基底上得到的氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線分散于有機(jī)溶劑中，然后滴于硅片上得到單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑選自丙酮、乙醇、甲醇所組成的組中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的單根氧化鋅納米線的直徑為50 500納米，長(zhǎng)度為2微米 15微米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟1)所述的有機(jī)溶劑是甲醇、丙酮或乙醇中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟3)所述的超聲清洗用有機(jī)溶劑依次使用甲苯，二氯甲烷，乙醇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟3)所述的無(wú)水甲苯是新蒸的無(wú)水甲苯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征是步驟l)和步驟3)所述的超聲功率為35瓦 150瓦。
9. 一種由權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)方法得到的基于氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)，其特征是基于氧化鋅納米線有序陣列或分散的單根納米線的全光開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)的制備方法，及由該方法得到的基于氧化鋅納米線有序陣列或單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的方法是將由電化學(xué)沉積法、水熱法或化學(xué)氣相沉積法得到的在基底上生長(zhǎng)的氧化鋅納米線有序陣列進(jìn)行氧等離子體表面處理；然后再對(duì)表面處理過(guò)的氧化鋅納米線有序陣列的表面進(jìn)行修飾，在其表面共價(jià)修飾光控的螺吡喃衍生物，得到基于氧化鋅納米線有序陣列的全光開(kāi)關(guān)，及進(jìn)一步得到從在基底上制備得到的基于氧化鋅納米線有序陣列上刮下的單根氧化鋅納米線的全光開(kāi)關(guān)。本發(fā)明制備的氧化鋅納米線有序陣列及單根氧化鋅納米線全光開(kāi)關(guān)，在全光器件的小型化及模塊化中有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02F1/355GK101782708SQ201010127038
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者師文生, 穆麗璇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所