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小模板大用处：Nature子刊报道二元孔模板制备多样化纳米阵列
由纳米结构组成的阵列被广泛应用于光子、电子、光电、压电、能量转化以及存储装置中。目前，制备均一的纳米阵列的方法有光刻法、纳米印迹法以及自组装法。然而，由这些方法制备而得的纳米阵列往往只局限于单组分结构。
由于无数个相邻的不同组分之间的相互作用会产生协同效应，科学家正不断尝试着制备二元以及多元纳米阵列。例如，利用在液相界面蒸发两种类型的纳米晶，通过超晶格组装成二元阵列。但这些方法只能制备零维以及微米尺寸大小的阵列。而基于阳极氧化铝（AAO）多孔模板的阵列制备法，由于所有孔道都在模板的一面，因而难以精确地单独调控每种组分形成的纳米结构，同时也难以将不同的材料放置于想要的孔中。
Liaoyong Wen博士（左）与Yong Lei教授（右）。图片来源：Ilmenau University of Technology
日前，来自德国伊尔梅瑙工业大学（Ilmenau University of Technology）的Liaoyong Wen博士（第一作者）与Yong Lei教授开发出新型的二元孔AAO模板的制备方法，并借助两个薄层作为屏障层堵住孔道，使得两组孔道能够被单独地控制。利用此模板，他们成功地制备了二元纳米阵列，并拓展为多元纳米阵列，实现了阵列尺寸、形状以及孔间距离的高度可控性。此外，他们利用二元纳米阵列制造出光电极、晶体管、等离子体器件，其性能都比由单一组分构成的器件更加优越。相关成果已发表于Nature Nanotechnology杂志上。
AAO二元孔模板的制备过程。图片来源：Nature Nanotech.
研究人员首先通过压印的方法在铝箔的A面印迹上凹型图案，接着对其进行阳极氧化，得到方形孔。然后，将A面覆盖以PMMA，翻转模板，除去B面未被氧化的铝箔，并选择性刻蚀，在B面形成圆形孔道。最后，除去AB两面的屏障层，就得到通透的AAO二元孔模板。
AAO二元孔模板的照片及SEM图。图片来源：Nature Nanotech.
由SEM图可以看出，A孔与B孔都具有均一的尺寸，且在孔道末端有屏障层。这种屏障层可以防止孔通透到模板的另一端，因而可以实现A孔与B孔的尺寸与形貌可以被单独控制而互不影响。
基于AAO二元孔模板制备的纳米阵列。图片来源：Nature Nanotech.
基于此模板，结合成熟的合成技术，例如电沉积法和原子层沉积法，研究人员能够合成大面积的由不同材料组成的不同形貌的纳米阵列。
AAO模板的三维重构图。图片来源：Nature Nanotech.
研究人员采用电镜进一步对AAO二元孔模板的形成机理进行了研究，结果发现这种二元孔结构的生长来源于电场辅助溶解与塑性流动的共同作用。
三元孔及四元孔AAO模板。图片来源：Nature Nanotech.
采用相同的生长机理，研究人员可以将二元孔模板扩展为多元孔模板，并能使其拥有更多的几何形状。
二元纳米阵列的应用。图片来源：Nature Nanotechnology
最后，研究人员利用二元纳米阵列制造出光电极、晶体管、等离子体器件，并发现其性能都比由单一组分构成的器件更加优越。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.257.html
Multiple nanostructures based on anodized aluminium oxide templates
Nature Nanotech., 2016, DOI: 10.1038/NNANO.2016.257
（本文由冰供稿）