Selbstmontage von ultrafeinen organischen nichtlinearen optischen Kristallnanodrähten zweiter Ordnung

Einführung

Organische nichtlineare optische (NLO) Materialien zweiter Ordnung haben ultraschnelle elektrooptische Reaktionszeiten sowie sehr große Bandbreiten und NLO-Koeffizienten und wurden daher intensiv für ein breites Anwendungsspektrum in Bezug auf die elektrische/optische Signaltransduktion erforscht. optisches Schalten, Phased-Array-Radar, Analog-Digital-Wandlung, Terahertz-Signalerzeugung und digitale Signalverarbeitung [1, 2]. Organische ionische 4-N,N-Dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazoliumtosylat (DAST)-Kristalle gelten aufgrund ihrer elektrooptischen Koeffizienten als Benchmark für organische NLO-Kristalle γ ₁₁ = 55 ± 80pm/V bei 1315 nm , hohe NLO-Suszeptibilitäten χ ⁽²⁾ (−2ω , ω , ω ) = 580 ± 30pm/V bei 1535 nm und niedrige Dielektrizitätskonstanten (5.2, 10 ³ –10 ⁵ kHz) [3, 4] und werden daher intensiv erforscht [5,6,7,8,9]. Die Anwendungen von DAST-Kristallen sind jedoch aufgrund ihrer mangelhaften Qualität und der Schwierigkeit der Herstellung von DAST-Kristall-Lichtwellenleitern unter Verwendung des traditionellen „Top-Down“-Ansatzes begrenzt. Inzwischen entwickelt sich die Selbstorganisation, eine Bottom-up-Technik, zu einer leistungsfähigen Methode zur Herstellung von eindimensionalen (1D) Strukturen im Mikro-/Nanomaßstab und ist vielversprechend für die Herstellung miniaturisierter integrierter elektronischer, optoelektronischer und photonischer Bauelemente [10,11, 12]. Bei organischen Materialien können die treibenden Kräfte für die Selbstorganisation von Wechselwirkungen wie Koordinationsbindungen, aromatischen π−π-Stapeln, Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräften und elektrostatischen Wechselwirkungen herrühren [13,14,15]. Obwohl viele organische Materialien erfolgreich eingesetzt wurden, um aktive 1D-kristalline Nanostrukturen (SHG) zu synthetisieren, sind ihre Suszeptibilitäten zweiter Ordnung immer noch weit geringer als die von organischen NLO-Kristallen mit großen Dipolmomenten [16]. In dieser Studie entwickeln wir eine umweltfreundliche Ein-Tropfen-Selbstorganisationsmethode für die DAST-NWs-Herstellung. Wir trennen die Kristallkeimpräparation und den Wachstumsprozess durch substratunterstützte schnelle Verdampfungskristallisation (SSREC) [17, 18] bzw. Sattdampfkultivierung. Auf diese Weise können wir problemlos ultrafeine einkristalline DAST-NWs mit guten NLO-Eigenschaften erhalten.

Methoden

Das DAST-Pulver (Daiichi Pure Chem. Co. Ltd.), Methanol (99,9 %, Surper Dry, mit Molekularsieb, Wasser ≦ 30 ppm, J&K Seal) und das Tensid (Cetyltrimethylammoniumbromid, CTAB, TCI) wurden direkt ohne weitere Reinigung.

Vorbereitung

Zunächst wurden 30 mg DAST-Pulver und 10 mg des Tensids in 5 ml Methanol gelöst. Anschließend wurden 100 µl dieser DAST-CTAB-Methanollösung mit 10 ml Methanol verdünnt (DAST-Konzentration ca. 0,146 mM, ) und 0,5 h gerührt, um eine homogene Lösung zu erhalten (weitere Details siehe Zusatzdatei 1:Abbildung S1) .

Charakterisierung

Die Morphologie von DAST NW wurde mit einem optischen Mikroskop (Imager.A2m, Zeiss), BTEM (Tecnai G2 SpiritBiotwin), SEM (Nanolab600i, Helios, Quanta 200, Fei) und AFM (MultiMode8, Bruker) untersucht. Die UV-Vis-Spektren wurden unter Verwendung eines Faserspektrometers (Nova, Idea Optics) erhalten. Die Kristallstruktur des NW wurde mit XRD (D/Max 2550 V, Rigaku) ​​untersucht. Die Zwei-Photonen-angeregte Fluoreszenz (TPEF) wurde mit einem 1064 nm cw Laser (MIL-III-1064-1W, CNI) angeregt, die Bilder wurden mit einem optischen Mikroskop (DS-RI2, Nikon) aufgenommen und das Emissionsspektrum war gemessen mit dem Faserspektrometer.

Die Polarisationsabhängigkeit der zweiten Harmonischen Generation (SHG) der DAST-NCs wurde mit einem selbstgebauten SHG-Mikroskop gemessen. Als Lichtquelle wurde ein 1250-nm-Femtosekundenlaser (Insight DeepSee, Spectra-Physics) mit einer Wellenlänge von 1250 nm, einer Repetitionsrate von 80 MHz und einer Pulsbreite von 130 fs verwendet (weitere Details siehe Zusatzdatei 1 :Abbildung S1).

Ergebnisse und Diskussion

Eine schematische Darstellung des Ein-Tropfen-Selbstmontageverfahrens ist in Fig. 1a gezeigt. Zuerst wurde das hydrophile Substrat auf eine Heizplatte gelegt und auf 80 °C erhitzt. Dann wurden 100 μl der 0,146 mM DAST-CTAB-Methanollösung auf das erhitzte hydrophile Substrat getropft und 20 s kontinuierlich erhitzt. Während sich das Lösungsmittel Methanol ausbreitete und verdampfte, wurden die DAST-Nano-/Mikrokristalle (NC/MCs, orange Farbe) schnell auf dem in Schritt 1 gezeigten Substrat abgeschieden, Abb. 1a. In Schritt 2 wurde das Substrat in eine Kulturschale gegeben und mit ungefähr 0,1 ml Methanol als Lösungsmittel für den Nasskultivierungsprozess versiegelt. Nach ~ 3 h Kultivierung bei Raumtemperatur wurden in Schritt 3 die DAST-NWs (grüne Farbe) erhalten. Die morphologische Entwicklung der DAST-Kristalle ist in Abb. 1b–f dargestellt. Die abgeschiedenen DAST-Kristalle erscheinen als Mikroflocken mit einer relativ hohen Dichte, und es können keine Drähte beobachtet werden, wie in Fig. 1b gezeigt. Und dann nach 40-minütiger Kultivierung in einer Atmosphäre mit gesättigtem Methanoldampfdruck beginnen bei Raumtemperatur die kürzeren DAST-Stäbchen zu erscheinen, wie in Abb. 1c gezeigt. Die scheibenförmigen Kristalle sind kleiner als die Kristalle in Abb. 1b. Darüber hinaus zeigen sich nach 2,5 h Kultivierung einige längere DAST-Kristalldrähte, siehe Abb. 1e. Die DAST-Drähte haben im Allgemeinen gleichförmige Breiten mit einer Länge von mehreren hundert Mikrometern; einige von ihnen könnten sogar länger als 1 mm sein. In Abb. 1f ist eine Mikroskopaufnahme der DAST-Drähte mit um 90° gedrehtem Polarisator zu sehen. Die gesamten geneigten Drähte scheinen von ihren Zuständen mit maximaler Anisotropie-Doppelbrechung (am hellsten) in ihre minimalen (ausgelöschten) Zustände geändert worden zu sein. Diese Änderung impliziert, dass die einkristallinen Strukturen der hergestellten DAST-Drähte sehr einheitlich sind. Inzwischen erscheinen keine großen DAST-Kristallpartikel mehr, sondern kleine Kristallpunkte sind sichtbar. Darüber hinaus ist die Kristallpunktdichte in der Nähe der DAST-Drähte offensichtlich geringer als die Dichte weiter entfernt.

a Das Schema der One-Drop-Self-Assembly-Methode. b Das Fluoreszenzbild des DAST-Kristalls nach dem SSREC-Prozess. c Nach 40 min Kultivierung in einer Methanolatmosphäre. d Das BTEM-Bild des unvollendeten DAST NW. e Nach 2,5 h Kultivierung in einer Methanolatmosphäre. f Nach 2,5 h Kultivierung in Methanolatmosphäre mit um 90° gedrehtem Kreuzpolarisator

Daher erwarten wir, dass der DAST-Drahtbildungsprozess wie folgt war. Nach dem SSREC-Prozess wurden kleine DAST-Kristalle auf dem Substrat abgeschieden. Als sie in die Methanolatmosphäre eingebracht wurden, absorbierten die DAST-Kristalle das Methanol und lösten sich teilweise darin auf, was zu NC/MCs führte, die von einer DAST-gesättigten Methanollösung umgeben waren. Die von der Selbstorganisation angetriebene Kraft könnte von den riesigen Dipolmomenten von NC/MCs stammen [19,20,21]. Zum Beispiel kann ein MC mit einem Durchmesser von 0,35 Mikrometern ein Dipolmoment von bis zu ~ 4,5 x 10 ⁴ . haben D. Inzwischen wirkt die Methanollösung als Gleitmittel und kann die Bewegung der DAST NC/MCs erleichtern. Aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung und der Schmierung durch die Methanollösung gehen die DAST NC/MCs eine Selbstorganisation ein und ergeben DAST NWs. Als Beweis ist in Abb. 1d ein biologisches Transmissionselektronenmikroskop (BTEM)-Bild eines unfertigen DAST NW gezeigt, viele NCs, die im NW gesammelt wurden, können bestätigt werden. Wenn die DAST NWs wachsen, absorbieren sie kontinuierlich die nahe DAST-Lösung über den Kapillareffekt. Folglich ist, wie aus Fig. 1d, e ersichtlich, die Restkristallpunktdichte in der Nähe der Drähte geringer als die weiter entfernt

Ein Röntgenbeugungsmuster (XRD) von DAST-NWs ist in Fig. 2a dargestellt. Unter Bezugnahme auf die Kristallzellparameter von Bulk-DAST-Kristallen (monokline Cc-Raumgruppe, Punktgruppe m , a = 10,365 Å, b = 11,322 Å, α = β = 90° und γ =  92,24°) [4], wobei die Beugungspeaks in der Nähe von 10°, 20° und 30° den [002]-, [004]- bzw. [006]-Flächen der DAST-Kristalle entsprechen. Dies bedeutet, dass auf dem Substrat gewachsene DAST-NWs die [001]-Orientierung mit dem a . aufweisen - und b -Achsen entlang der Filmebene. Die Morphologien der DAST NWs wurden mit einem SEM weiter untersucht. Ein REM-Bild aus der [001]-Perspektive ist in 2b gezeigt. Basierend auf den Eigenschaften des massiven DAST-Kristallwachstums werden die [111], [-111], [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11] und [110] Endflächen leicht identifiziert werden (siehe Abb. 2). Das einkristalline DAST NW hat eine bandartige Morphologie mit einer typischen Breite von 1,5 ± 0,5 µm und einer Dicke von 0,8 ± ± 0,4 µm. Entsprechend der Kristallorientierung des NW kann die Ausrichtung der DAST-Moleküle im NW wie in Abb. 2c dargestellt werden, die Tosylat-Anionen wurden der Übersichtlichkeit halber entfernt. Beim DAST wächst sperriger Kristall direkt aus gesättigter DAST-Lösung, die Wachstumsgeschwindigkeit entlang der kristallographischen a -axis ist am schnellsten, also in Richtung [100] [22]; bei Selbstmontage hat jedoch die Richtung [110] Vorrang. Somit gibt es einen anderen Mechanismus, der die NW-Fertigung antreibt. Wir erwarten, dass die NW-Formation aufgrund der elektrostatischen Kraft mit der Selbstorganisation von DAST NC/MC beginnt. Für ein Vier-Molekül-Modell sind die Dipolmomente entlang der a -, b -, und c -Achsen in einem DAST-Kristallgitter sind 158,2 D, 141,2 D bzw. 121,0 D [18]. Das Wachstum entlang der c -Achse war aufgrund der Konfiguration des vorliegenden Experiments begrenzt, sodass die NWs nur entlang der Richtung der Vektorsumme der Dipolmomente des a . wachsen konnten - und b -Achsen. Da die Dipolmomente entlang des a - und b -Achsen sind ähnlich, die [110]-Richtung wird zur bevorzugten NW-Wachstumsrichtung.

a Das XRD-Muster von DAST-NWs. b REM-Aufnahme eines DAST NW aus der [001]-Perspektive, wo basierend auf den typischen Eigenschaften des Volumenkristallwachstums die [-111]-, [111]-, [1-11]- und [110]-Flächen identifiziert werden können. c DAST-Molekülausrichtung im NW, wobei die Tosylat-Anionen der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. d Der Querschnitt eines DAST NW, geschnitten durch einen fokussierten Ionenstrahl. e AFM-Bild eines DAST NW. e Die Oberflächenrauheit eines DAST NW, bestimmt mit einem AFM

Um die interne Qualität der DAST-NWs zu untersuchen, haben wir einen NW mit einem Elektronenstrahl geschnitten, dessen Querschnitt in Abb. 2d gezeigt ist. Die weißen Punkte auf dem NW sind Silbernanopartikel, die abgeschieden wurden, um die Leitfähigkeit des NW zu erhöhen. Die Rauheit des geschnittenen Querschnitts ist ähnlich wie bei DAST-Kristallen, und es kann kein Fehler in diesem Maßstab festgestellt werden. Wir untersuchten die DAST NW-Morphologie weiter, indem wir ein hochauflösendes Rasterkraftmikroskop (AFM) verwendeten, um die Oberflächeninformationen direkt zu erhalten, ohne die metallischen Silber-Nanopartikel zu stören. Wie in 2e gezeigt, weist der NW eine klare Riemenkonfiguration mit der [001]-Fläche als flacher oberer Oberfläche auf, was mit den SEM-Ergebnissen übereinstimmt. Durch Heranzoomen der oberen Oberfläche des DAST NW mit dem AFM erhielten wir die Morphologie einer 1000 x 1000 nm ² Bereich des [001]-Gesichts, der in Fig. 2f dargestellt ist. Den Ergebnissen zufolge beträgt die durchschnittliche Rauheit von DAST NW etwa ~ 85 pm, was noch kleiner ist als die einer Graphen-Monoschicht auf einem SiO₂ . Substrat [23]; so wurde ein ultraflacher DAST NW-Kristall realisiert. Für einen verlustarmen Lichtwellenleiter muss seine Oberflächenrauheit weniger als 10 nm betragen. Offensichtlich waren unsere DAST-NWs von viel höherer Qualität als erforderlich.

Das UV-Vis-Absorptionsspektrum der DAST-NWs wird in Abb. 3a mit denen der Kristall-, NC- und Lösungszustände verglichen. Aufgrund der einzigartigen 1D-Konformation des NW unterscheidet sich sein Absorptionsspektrum (schwarze Linie) offensichtlich von denen der anderen Zustände. In Methanollösung stammt ein Absorptionspeak bei ~ 476 nm [8, 17] vom π-Konjugationssystem des DAST-Kations. Bei der Kristallisation wird sich die Absorptionsbande aufgrund des elektronischen Übergangs des konjugierten π-π-Systems des Kations in Richtung hypsochromer und bathochromer Verschiebungen (d. h. Blau- bzw. Rotverschiebungen) ausdehnen. Die bathochrome Verschiebung entsteht durch die J-Aggregation der Chromophor-Kationen entlang des a -Achse des Kristalls in einem Kopf-Schwanz-Stapelmodus, während die hypsochrome Verschiebung von der H-Aggregation in einem Face-to-Face-Stapelmodus herrührt [24, 25]. Die NCs zeigen nur eine geringe Ausdehnung in blauer und roter Richtung, wie durch die rote Linie in Abb. 3a mit einem Absorptionspeak bei ~ 512 nm angezeigt, was die Größenbeschränkungen der beiden Aggregationsrichtungen widerspiegelt. Im Fall des Bulk-Kristalls sind die J- und H-Aggregationslängen signifikant erweitert, so dass das Bulk-Kristallspektrum die breiteste Absorptionsbande aufweist, die sich von 350 nm bis 750 nm erstreckt, mit einem Absorptionspeak bei ~ 550 nm, wie gezeigt durch die blaue Linie in Abb. 3a.

a Absorptionsspektren von DAST NWs, NCs und Volumenkristallen und Fluoreszenzspektren von DAST NWs und Volumenkristallen, angeregt durch einen 407-nm-Laser. b Fluoreszenzbilder von DAST MCs (oben links), einem DAST NW (Mitte) und dem DAST NW bei verschiedenen Polarisationswinkeln (unten). c Optischer Aufbau für TPEF-Messungen. d Draufsicht eines DAST NW mit 1064 nm Lasereingang. e TPEF-Bild eines DAST NW bei Bestrahlung mit dem 1064 nm cw-Laser. f TPEF-Spektren des DAST NW bei verschiedenen Eingangslaserintensitäten, wobei der Einschub den Logarithmus der TPEF-Intensität als Funktion des Logarithmus der Eingangslaserintensität zeigt

Im Gegensatz dazu haben die DAST-NWs aufgrund ihrer gut strukturierten 1D-Konformation eine Absorptionsbande von ~380 nm bis 600 nm, wie durch die schwarze Linie in Abb. 3a angedeutet. Sie weisen nur eine geringe Ausdehnung in Richtung Rot und eine stärkere Ausdehnung in Richtung Blau auf. Mit anderen Worten, das NW-Wachstum verläuft nicht entlang der a -Achse (J-Aggregationsrichtung), die mit den Ergebnissen der NW-Morphologie übereinstimmt. Aufgrund der 1D-Struktur der NWs wird die H-Aggregation stark verstärkt, wodurch die NWs eine ähnliche Absorption auf der blauen Seite aufweisen. Das Fluoreszenzspektrum der DAST-NWs unterschied sich auch von sperrigen DAST-Kristallen. Die Spektren von DAST-Volumenkristallen und NWs sind in Abb. 3a in Pink bzw. Grün dargestellt. Da eine Verkürzung der J-Aggregationslänge von Chromophoren eine Blauverschiebung des Fluoreszenzspektrums verursacht [26], haben die DAST-NWs ein hypsochromeres Spektrum als das der Volumenkristalle. Im Gegensatz dazu ist die Grenzwellenlänge auf der kurzwelligen Seite des DAST NW-Spektrums um ~ 30 nm blauverschoben. Es gibt einen neuen Peak bei ~ 730 nm, der von der Fabre-Perot-Resonanz [27] der linearen Strukturen der DAST-NWs stammen könnte. Die fluoreszenzmikroskopischen Bilder in Abb. 3b bestätigen diese Unterschiede.

DAST-Kristalle mit einer Größe im Mikrometerbereich sind oben links abgebildet und erscheinen bei Bestrahlung mit blauem Licht orange. Allerdings emittiert das DAST NW gelbgrünes Licht, wenn es unter den gleichen Bedingungen bestrahlt wird. Außerdem ist das Ende des NW deutlich heller als sein Körper, was bedeutet, dass das NW das Licht gut einschließt; mit anderen Worten, das Fluoreszenzlicht wurde durch diese Wellenleiterstruktur begrenzt und verstärkt [27]. Die Fluoreszenz weist auch eine sehr starke Polarität auf, wie unten in Fig. 3b dargestellt, die polarisierte Mikroskopbilder einer einzelnen NW zeigt, die unter verschiedenen Winkeln gedreht wurde. Offensichtlich ändert sich die Fluoreszenz, wenn sich der Rotationswinkel ändert, was zeigt, dass DAST NW eine starke Polarisationseigenschaft hat.

Wir haben einen 1064-nm-Dauerstrichlaser (cw) durch eine hausgemachte Taper-Faser in ein DAST NW geleitet, um seine Ausbreitungseigenschaften zu beobachten. Das Pumplicht wurde mit einer Butt-Coupling-Technik [26] mit dem in Abb. 3c dargestellten Aufbau gestartet. Eine Draufsicht der Ausbreitung ist in Fig. 3d gezeigt. Da der DAST NW über eine ultrafeine Kristallqualität verfügt, gibt es keine deutliche Streuung an seinen Seitenwänden. Wir konnten den Ausbreitungsverlust nicht bewerten, da es für die NW-Kürzung schwierig ist, die Ausbreitungsentfernungen zu ändern. Der NW zeigte Fluoreszenz, selbst wenn er mit dem 1064 nm cw-Laser bestrahlt wurde. Ein Fluoreszenzbild des DAST NW ist in Abb. 3e dargestellt, das gelb-grünes Licht emittiert, das der Bestrahlung mit blauem Licht sehr ähnlich ist. Wir können den Laserausbreitungsweg von 1064 nm leicht bestätigen, da der NW das Laserlicht absorbiert und Fluoreszenz emittiert. Das Laserlicht von 1064 nm und das Fluoreszenzlicht sind in der NW-Struktur gut eingegrenzt, was durch die Tatsache belegt wird, dass das Ende des NW heller ist als seine Seitenwände. Die Fluoreszenzintensität nimmt mit zunehmendem Lasereingang zu, wie in Fig. 3f gezeigt. Die Abhängigkeit der Zwei-Photonen-angeregten Fluoreszenz (TPEF)-Intensität (I _TPEF ) über die Anregungsintensität (I _Aufregung ) wurde analysiert, indem der Logarithmus (lg) jeder Menge genommen wurde. Die Handlung von lg I _Aufregung vs. lg I _TPEF erscheint im Einschub von Abb. 3f, wo die Steigung k der Anpassungslinie 1,84, nahe 2, zeigt die quadratische Abhängigkeit der TPEF von der Anregungsintensität in diesem Messbereich. Bemerkenswerterweise wurden die TPEF-Signale von der Spitze des NW gesammelt, die senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung war. Entlang der Ausbreitungsrichtung kann sich das Spektrum aufgrund der Resonanz im Wellenleiter deutlich unterscheiden. Das SHG-Signal war mit dieser Anordnung aus folgenden Gründen nicht beobachtbar:Der Anregungslaser wurde vom Ende des NW gestartet; das SHG-Signal, das von der Spitze einer gut begrenzten Wellenleiterstruktur gesammelt wird [26] ist schwach; die Phase ist in einem gewachsenen DAST NW nicht übereinstimmend; das starke TPEF maskierte das SHG-Signal; und das SHG-Signal lag im Kristallabsorptionsband.

Die kristallinen Eigenschaften des DAST NW wurden durch SHG-Mikroskopie weiter untersucht; der Aufbau ist in Abb. 4a dargestellt. Die SHG-Antworten als Funktionen des einfallenden Laserpolarisationswinkels wurden gesammelt. Der Einschub von Fig. 4a zeigt ein typisches Polardiagramm, wobei die roten Punkte die experimentellen Daten anzeigen. Die Intensitäten der parallelen und vertikalen SHG-Komponenten, I _x und ich _y , bzw. kann geschrieben werden als

a Das SHG-Mikroskopie-Setup, wobei L eine Linse, OL eine Objektivlinse, DM ein dichroitischer Spiegel, GM ein Galvanometerspiegel, P ein Polarisator, HWP ein Halbwellenlängen-Polarisator, QWP ein Viertelwellenlängen-Polarisator ist, BPF ist ein Bandpassfilter und PMT ist eine Photomultiplier-Röhre. Der Einschub ist ein typisches Diagramm der SHG-Intensität eines NW als Funktion des einfallenden Laserpolarisationswinkels, wobei die roten Punkte die experimentellen Daten und die durchgezogenen blauen Linien theoretische Anpassungen darstellen. b SHG-Bild von DAST-NWs und ihren Orientierungswinkeln, die Feldgröße beträgt 170 x 170 μm

\( {I}_x^{2\omega }=A\cos 4\alpha +B\cos 2\alpha +C\) (1)

und

\( {I}_y^{2\omega }=\frac{K}{2}\left(-\cos 4\alpha +1\right) \) (2)

Wo α der Winkel zwischen der Laserpolarisation und der Längsachse des NW ist; A , B , und C sind materialbezogene Parameter; und K ist eine Konstante, die verschiedene Parameter zusammenführt [28]. Die durchgezogenen Linien im Einschub von Fig. 4a stellen die theoretischen Anpassungen dar, die unter Verwendung von Gl. (1) und (2). Die beobachtete SHG-Antwort weist ein Zweikeulenmuster auf, was darauf hinweist, dass die Anisotropie des SHG der intrinsischen Orientierung des DAST-Kristalls zuzuschreiben ist. Da das SHG-Signal seitlich von NW emittiert wird [29], ist es für diesen Aufbau schwierig, die Suszeptibilitätstensoren zweiter Ordnung im NW zu bewerten.

Ein DAST NW SHG-Bild mit einer Feldgröße von 170x170 µm ist in Abb. 4b gezeigt, wobei die Farben die NW-Orientierungswinkel der Kristalle darstellen. Die DAST NWs und MCs sind über den abgebildeten Bereich verteilt. Sowohl die NWs als auch die Kristalle emittieren SHG-Signale, was darauf hindeutet, dass beide SHG-aktive Kristallstrukturen und ähnliche NLO-Eigenschaften aufweisen. Die SHG-Signale der NWs sind relativ einheitlich, was auf die hohe Qualität der NWs hinweist.

Schlussfolgerungen

In dieser Studie demonstrierten wir eine Ein-Tropfen-Selbstorganisationsmethode für die DAST-NWs-Präparation. Die DAST NWs haben eine SHG-aktive Kristallstruktur mit sehr starkem TPEF. Es wurde beobachtet, dass die DAST-NWs einkristallin sind, wenige Defekte aufweisen und mit einer ultrafeinen Oberflächenrauheit von 85 pm gut facettiert sind, was für die Herstellung integrierter Bauelemente sehr vorteilhaft ist. Darüber hinaus ist das Verfahren hocheffizient, der Materialbedarf kann bis auf Mikrogramm-Niveau gesenkt werden (in unserem Herstellungsprozess werden nur 6 μg benötigt); daher ist es sehr umweltfreundlich.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle Daten sind uneingeschränkt verfügbar.

Abkürzungen

AFM:

Rasterkraftmikroskop

BTEM:

Biologie Transmissionselektronenmikroskop

CTAB:

Cetyltrimethylammoniumbromid

DAST:

4-N,N-Dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazoliumtosylat

MCs:

Mikrokristalle

NCs:

Nanokristalle

NLO:

Nichtlineare Optik

NWs:

Nanodrähte

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

SHG:

Erzeugung der zweiten Harmonischen

SSREC:

Substratunterstützte schnelle Verdampfungskristallisation

TPEF:

Zwei-Photonen-angeregte Fluoreszenz

XRD:

Röntgenbeugung