CN101782708B - 基于氧化锌纳米线的全光开关的制备方法及全光开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关的制备方法，及由该方法得到的基于氧化锌纳米线有序阵列或单根氧化锌纳米线的全光开关。本发明的方法是将由电化学沉积法、水热法或化学气相沉积法得到的在基底上生长的氧化锌纳米线有序阵列进行氧等离子体表面处理；然后再对表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列的表面进行修饰，在其表面共价修饰光控的螺吡喃衍生物，得到基于氧化锌纳米线有序阵列的全光开关，及进一步得到从在基底上制备得到的基于氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线的全光开关。本发明制备的氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线全光开关，在全光器件的小型化及模块化中有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于一维纳米结构的全光开关的设计及制备技术领域，特别涉及氧化锌纳米线有序阵列或单根氧化锌纳米线的全光开关的制备方法，及由该方法得到的基于氧化锌纳米线有序阵列或单根氧化锌纳米线的全光开关。
背景技术
作为分子计算机的核心，分子开关的研究近年来引起了研究者的极大兴趣。“与门”、“或门”、“非门”、“与或门”、“与非门”、“或非门”、“半加法”、“半减法”、“复用器”、“解复用器”、“全加法”、“编码器”、“解码器”等各种功能的分子开关已经实现。目前，这些分子开关的研究主要集中在溶液中，溶液中分子不易控制，使其应用受到限制。而且，目前大多数分子开关的输入和输出信号不统一(如输入是化学物质、输出是光信号)，这成为分子逻辑器件后期应用和集成的主要障碍(Chem.Soc.Rev.，2010，39，174)。对于溶液中分子开关不易控制的问题，可以将分子开关固定在固体表面，形成固体逻辑器件。已有几篇文献报道了玻璃(Nature，2008，454，417)、聚合物(NatureMaterials，2006，5，787)、硅纳米线(Angew.Chem.Int.Ed.，2009，48，3469)表面修饰的分子开关，这些研究虽然实现了固体表面的逻辑功能，但逻辑功能的实现仍需借助溶液中的化学物质的输入。由于光的传播不需要液体介质，用光作为输入输出能极大的方便逻辑器件的操作，而且输入输出信号的统一对器件的集成提供了很好的基础。因此，固体表面全光开关的研究成为必要。实际上，很多发光分子修饰到固体表面以后，发光相对较弱，这在分子逻辑器件的集成中不利于作为下一个逻辑操作的输入。最近，Hahm等报道了纳米氧化锌具有增强荧光的作用(Adv.Mater.2006，18，2685)，因此，在氧化锌纳米材料表面修饰荧光分子开关可以用增强的荧光作为逻辑器件的输入或输出。在氧化锌纳米材料中，氧化锌纳米线有序阵列可以在不同的氧化锌纳米线表面修饰不同功能的分子开关，为了实现分子逻辑器件的小型化和模块化提供基础。同时，单根氧化锌纳米线的全光开关的实现有利于小型逻辑器件之间的交流。这些性质使氧化锌纳米线有序阵列成为全光开关的很好的载体。
发明内容
本发明的目的是充分利用氧化锌纳米线的小尺寸及氧化锌纳米线有序阵列制备的方便性，将光致变色材料螺吡喃衍生物修饰在由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列表面，从而提供基于氧化锌纳米线(氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线)的全光开关的制备方法。
本发明的再一目的是提供由目的一方法制备得到的表面修饰有光致变色材料螺吡喃衍生物的氧化锌纳米线有序阵列或单根氧化锌纳米线的全光开关，为全光器件的小型化和模块化提供重要基础。
本发明的方法是将由电化学沉积法、水热法或化学气相沉积法得到的在基底上生长的氧化锌纳米线有序阵列进行氧等离子体表面处理；然后再对表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列的表面进行修饰，在其表面共价修饰光控的螺吡喃衍生物，得到基于氧化锌纳米线有序阵列或单根氧化锌纳米线的全光开关。
本发明的基于氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关的制备方法包括以下步骤：
1)氧化锌纳米线有序阵列的表面处理：
将电化学沉积法、水热法或化学气相沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列在有机溶剂中超声(功率为35瓦～150瓦)处理1～20分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为10～100％，电压100～500伏，时间10秒～5分钟，温度为10～35℃；此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列表面产生一层羟基，有利于表面修饰；
2)N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的合成：
在装有二氯甲烷的容器(如圆底烧瓶)中分别加入N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、三乙胺、异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4～10小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为3∶1～6∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物；
其中：N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃∶异氰酸丙基三乙氧基硅烷∶三乙胺的摩尔比为1∶0.5～3∶0.02～0.1；
3)氧化锌纳米线有序阵列的表面修饰(如图1所示)：
将步骤1)得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含0.1毫摩尔每升～30毫摩尔每升的步骤2)得到的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的无水甲苯溶液中，惰性气体保护下，在温度为25～110℃下加热8～48小时后，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列在有机溶剂中进行超声(功率为35瓦～150瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
对步骤3)在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将步骤3)在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于有机溶剂中，然后滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。所述的分散用有机溶剂为易挥发的有机溶剂，如选自丙酮、乙醇、甲醇等所组成的组中的至少一种。
所述的单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米。
步骤1)所述的有机溶剂是甲醇、丙酮或乙醇中的一种。
步骤3)所述的超声清洗用有机溶剂依次使用甲苯，二氯甲烷，乙醇(使用每种溶剂的超声时间无特别限制)。
步骤3)所述的无水甲苯优选是新蒸的无水甲苯。
在对本发明方法得到的基于氧化锌纳米线有序阵列的全光开关进行荧光检测时，是将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对本发明中的单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530～580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
对氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关所使用的调控光包括紫外光及可见光；其中紫外光可以通过汞灯、氙灯、紫外激光器中的一种提供；所用可见光可以由白炽灯、汞灯、氙灯或可见激光器提供。
所述氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关所使用的紫外光或可见光调控时间为10秒～30分钟。
本发明所提供的全光开关是基于氧化锌纳米线的全光开关；尤其是基于氧化锌纳米线有序阵列或分散的单根纳米线的全光开关。
本发明的方法也适用于氧化铟、氧化硅等其它一维纳米材料。
本发明的有益效果：本发明通过对由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列表面进行活化后，在其表面共价修饰光控材料N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃的衍生物，得到基于氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关，这为器件小型化及模块化提出了新的思路和制备技术，尤其是全光调控的小型器件为组装更高级的光学器件提供了重要的基础。本发明制备的氧化锌纳米线有序阵列及单根氧化锌纳米线的全光开关，在全光器件的小型化及模块化中有广泛的应用前景。
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1.本发明中全光开关的制备过程示意图。
图2.本发明中氧化锌纳米线全光开关的开关过程示意图。
图3.本发明实施例1的氧化锌纳米线有序阵列在紫外光照前(实线)后(虚线)的荧光光谱图。
图4.本发明实施例2的氧化锌纳米线有序阵列在不同紫外光照时间下的荧光光谱。
图5.本发明实施例4的氧化锌纳米线有序阵列在紫外光及可见光交替照射下的荧光显微镜照片(A-D)，图5E对应荧光显微镜下紫外光及可见光交替照射下样品的荧光积分强度。
图6.本发明实施例6中单根氧化锌纳米线在紫外光及可见光交替照射下的荧光显微镜照片(A-D)，图6E对应图A-D中沿a-b的线扫描的荧光强度。
具体实施方式
实施例中涉及的荧光光谱仪是日本Hitachi公司生产的F-4500荧光光谱仪；显微镜是日本Olympus公司生产的BX51荧光显微镜。
实施例1
将电化学沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在丙酮中超声(50瓦)处理5分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为25％，电压500伏，时间3分钟，温度为25℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入118毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.054毫升三乙胺、0.089毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流8小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为3∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含20毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在110℃下加热24小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(50瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关(请参见图1)。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于乙醇中，然后滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。结果如图3所示，在紫外光照后，荧光大大增强。可以用图2的机理进行解释，在紫外光照下，氧化锌纳米线表面的结构从不发荧光的A态转化到发射荧光的B态。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为18瓦365纳米紫外灯10分钟及氙灯加450纳米滤光片10分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。
实施例2
将化学气相沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在乙醇中超声(35瓦)处理10分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为10％，电压400伏，时间1分钟，温度为35℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入59毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.054毫升三乙胺、0.089毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为4∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含10毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氮气体保护下，在90℃下加热48小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(35瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于丙酮中，然后滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。结果如图4所示，在紫外光照后，荧光大大增强。随着紫外光照时间的延长，荧光逐渐增强。可以用图2的机理进行解释，在紫外光照下，氧化锌纳米线表面的结构从不发荧光的A态逐渐转化到发射荧光的B态。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为18瓦256纳米紫外灯5分钟及40瓦白炽灯15分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。
实施例3
将电化学沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在甲醇中超声(120瓦)处理3分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为50％，电压250伏，时间2分钟，温度为20℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入118毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.027毫升三乙胺、0.089毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为5∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含30毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在60℃下加热36小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(120瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于甲醇中，然后滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为40瓦256纳米紫外灯5分钟及100瓦白炽灯10分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及绿光OLED的可见光10秒。
实施例4
将化学气相沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在丙酮中超声(150瓦)处理1分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为10％，电压100伏，时间5分钟，温度为15℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入99毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.018毫升三乙胺、0.05毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流10小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为6∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含5毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氮气体保护下，在80℃下加热48小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(150瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于丙酮中，滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为40瓦265纳米紫外灯5分钟及40瓦白炽灯15分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。氧化锌纳米线有序阵列全光开关结果如图5所示。在紫外光和可见光的交替照射下，氧化锌纳米线有序阵列的荧光处于开和关两种状态的交替。
实施例5
将电化学沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在乙醇中超声(35瓦)处理20分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为100％，电压300伏，时间0.5分钟，温度为20℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入118毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.03毫升三乙胺、0.18毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流5小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为4.5∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含15毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在70℃下加热36小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(35瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于乙醇中，滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为紫外激光器5秒及绿光OLED10秒。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。
实施例6
将水热法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在甲醇中超声(50瓦)处理15分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为30％，电压500伏，时间10秒，温度为30℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入85毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.018毫升三乙胺、0.089毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流9小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为3∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含25毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在100℃下加热18小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(50瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于甲醇中，滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光20秒及540-580纳米的可见光30秒。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。单根氧化锌纳米线全光开关结果如图6所示。在紫外光和可见光的交替照射下，单根氧化锌纳米线的荧光处于开和关两种状态的交替。
实施例7
将电化学沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在丙酮中超声(35瓦)处理8分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为40％，电压400伏，时间40秒，温度为25℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入118毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.027毫升三乙胺、0.045毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为5∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含0.5毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在90℃下加热12小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(35瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于乙醇中，滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为18瓦365纳米紫外灯10分钟及氙灯加450纳米滤光片10分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及540-580纳米的可见光20秒。
实施例8
将化学气相沉积法得到在基底上生长的由单根氧化锌纳米线(单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米)构成的氧化锌纳米线有序阵列先在乙醇中超声(130瓦)处理3分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为35％，电压400伏，时间5分钟，温度为35℃。此过程能够使由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列的表面产生一层羟基，有利于表面修饰。
在装有二氯甲烷的圆底烧瓶中分别加入118毫克N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、0.054毫升三乙胺、0.089毫升异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流6小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为6∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物。
将得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含20毫摩尔每升的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的新蒸无水甲苯溶液中，氩气体保护下，在110℃下加热8小时，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列依次在甲苯、二氯甲烷、乙醇中进行超声(130瓦)清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列进行进一步的处理，可得到单根氧化锌纳米线的全光开关；将在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于丙酮中，滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
将氧化锌纳米线有序阵列固定于荧光光谱仪的固体样品夹上，进行开关功能的测试。所用的激发光波长为550纳米，发射光波长为635纳米。激发光源为荧光光谱仪自带的氙灯。发射波长的测定使用了620纳米的滤光片。检测基于氧化锌纳米线有序阵列的荧光变化，是检测基于氧化锌纳米线有序阵列表面N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物荧光增强或淬灭。
对单根氧化锌纳米线全光开关的检测使用的是荧光显微镜。所用激发波长为530-580纳米，为仪器自带的100瓦汞灯提供。
氧化锌纳米线有序阵列使用的调控光为40瓦256纳米紫外灯5分钟及100瓦白炽灯10分钟。单根氧化锌纳米线使用的调控光为100瓦汞灯提供的330-380纳米紫外光10秒及绿光OLED的可见光10秒。
Claims (8)
1.一种基于氧化锌纳米线的全光开关的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
1)氧化锌纳米线有序阵列的表面处理：
将电化学沉积法、水热法或化学气相沉积法得到的在基底上生长的由单根氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米线有序阵列在有机溶剂中超声处理1～20分钟，取出真空干燥后，放入氧等离子系统中处理：其中氧气含量为10～100％，电压100～500伏，时间10秒～5分钟，温度为10～35℃；
2)N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的合成：
在装有二氯甲烷的容器中分别加入N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃、三乙胺、异氰酸丙基三乙氧基硅烷，回流4～10小时，用石油醚与乙酸乙酯体积比为3∶1～6∶1作为淋洗剂，过氧化硅柱色谱，分离得到油状的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物；
其中：N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃∶异氰酸丙基三乙氧基硅烷∶三乙胺的摩尔比为1∶0.5～3∶0.02～0.1；
3)氧化锌纳米线有序阵列的表面修饰：
将步骤1)得到的表面处理过的氧化锌纳米线有序阵列立即浸入到含0.1毫摩尔每升～30毫摩尔每升的步骤2)得到的N-羟乙基-3，3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃硅烷衍生物的无水甲苯溶液中，惰性气体保护下，在温度为25～110℃下加热8～48小时后，温度降至室温，将得到的氧化锌纳米线有序阵列在有机溶剂中进行超声清洗，除去未反应的N-羟乙基-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锌纳米线有序阵列的全光开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：将步骤3)在基底上得到的氧化锌纳米线有序阵列上刮下的单根氧化锌纳米线分散于有机溶剂中，然后滴于硅片上得到单根氧化锌纳米线的全光开关。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述的单根氧化锌纳米线的直径为50～500纳米，长度为2微米～15微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤1)所述的有机溶剂是甲醇、丙酮或乙醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤3)所述的超声清洗用有机溶剂依次使用甲苯，二氯甲烷，乙醇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤3)所述的无水甲苯是新蒸的无水甲苯。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤1)和步骤3)所述的超声功率为35瓦～150瓦。
8.一种由权利要求1～7任一项方法得到的基于氧化锌纳米线的全光开关。
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