发明名称 组合奈米物件之方法
摘要
申请公布号 申请公布日期 2011.06.21
申请号 TW092105642 申请日期 2003.03.14
申请人 北卡罗利那大学 发明人 欧图 Z 索;下田英雄;何素金
分类号 B01J16/00 主分类号 B01J16/00
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 一种用于组合奈米物件至一巨观结构上的方法,该方法包含:(1)处理奈米物件以具有一符合需求之外观比例与化学特性;(2)以一溶剂掺合所处理之该等奈米物件以形成一悬浮液,该悬浮液具有一浓度、一温度与一pH值;(3)将一基板以垂直于该悬浮液之方向浸入该悬浮液中;及(4)藉由逐渐蒸发该溶剂以改变该悬浮液之浓度使得该等奈米物件沿该基板的一气体/液体/基板三重线沉积于该基板上,其中该等奈米物件之纵轴沿该气体-液体-基板三重线之方向排列。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该等奈米物件系单壁碳奈米管(SWNT)或单壁碳奈米管束。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该等奈米物件系多壁碳奈米管(MWNT)。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该等奈米物件系单壁碳奈米管(SWNT)与多壁碳奈米管(MWNT)的一混合物。如申请专利范围第2项之组合奈米物件至一巨观结构之方法,其中处理该等奈米物件之该操作进一步包含:合成该等碳奈米管;纯化该等碳奈米管;及修改该等碳奈米管之长度与该等碳奈米管之化学性质。如申请专利范围第2项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中处理该等奈米物件之该操作进一步包含:藉由雷射蒸镀、电弧放电、化学汽相沉积或裂解中之一合成该等SWNT;藉由选择性氧化及/或过滤纯化该等SWNT;及藉由在酸中超音波处理或机械切削,以减低该等SWNT之外观比例。如申请专利范围第2项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中处理该等奈米物件之操作进一步包含:藉由雷射蒸镀、电弧放电、化学汽相沉积或裂解中之一合成该等SWNT;藉由选择性氧化及/或过滤以纯化该等SWNT;及化学性地修改该等SWNT。如申请专利范围第6项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中所处理之该等SWNT长度系介于0.1微米与10微米间。如申请专利范围第2项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该溶剂系水或乙醇。如申请专利范围第9项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该等碳奈米物件在水中之该悬浮液之该浓度,介于每公升水0.01公克碳奈米管与每公升水10.0公克碳奈米管之范围间。如申请专利范围第2项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该基板包括一亲水性区域与一疏水性区域,使得该等SWNT沉积于该基板之该亲水性区域上。如申请专利范围第11项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该基板系具有疏水性材料图案之亲水性玻璃。如申请专利范围第12项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该等疏水性材料系多苯乙烯、光阻或疏水性官能基团的一单层。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该方法进一步包含:图案化该基板的一表面,使得该基板表面包括一第一区域与一第二区域,其中该第一区域对该等奈米物件具有一亲和力,而该第二区域对该等奈米物件不具亲和力,其中改变该悬浮液之浓度、温度或pH值中之一,会沉积该等奈米物件于该基板表面之第一区域上。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该基板具有一平面组态。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该基板具有一曲面组态。如申请专利范围第1项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该方法进一步包含:(5)从该悬浮液移除该基板;(6)沉积一第二材料至组合于该基板上之该等奈米物件上;及(7)重覆操作(3)至(5),藉以形成一多层结构。如申请专利范围第17项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中在该多层结构中之第二材料系一金属、一半导体、一聚合物、一无机材料、一有机材料或一生物性材料。如申请专利范围第17项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该多层结构可被用于一电池或一燃烧单元,作为一电极与一电解质。如申请专利范围第17项之组合奈米物件至一巨观结构上之方法,其中该多层结构系一电容器、一超级电容器、一电子装置或一感测器。一种用于组合预成形奈米物件至一巨观结构内的方法,该方法包含:合成该等预成形奈米物件,其中该等预成形奈米物件系单壁碳奈米管(SWNT)束;藉由再回流于一过氧化氢溶液与过滤该等SWNT束以纯化该等SWNT束;藉由将该等SWNT与HNO3及/或H2SO4及与超音波反应以切割经纯化之该等SWNT束;以一溶剂掺合该等奈米物件形成一悬浮液;将一基板以垂直于该悬浮液之方向置入该悬浮液内;及蒸发该溶剂使得当该溶剂蒸发时,该等奈米物件沿该基板的一气体/液体/基板三重线而沉积,其中该等奈米物件之纵轴沿该气体-液体-基板三重线之方向排列。如申请专利范围第21项之组合预成形奈米物件至一巨观结构内之方法,其中该基板系在该基板表面上具有一亲水性涂布层之玻璃、石英、铝、铬、锡或矽或任何其他基板。如申请专利范围第21项之组合预成形奈米物件至一巨观结构内之方法,其中处理该基板进一步包含:一疏水性涂布,该亲水性涂布与该疏水性涂布形成在该基板上的一图案,其中所处理之该等预成形奈米物件形成于该基板上该亲水性涂布处,藉以形成一对应于由该亲水性涂布与该疏水性涂布形成之图案的图案。如申请专利范围第21项之组合预成形奈米物件至一巨观结构内之方法,其中该悬浮液在室温中蒸发。一种组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构的方法,该方法包含:(1)处理该等奈米物件,使得该等奈米物件散置或溶解在一溶剂中;(2)以适当溶剂掺合该等经处理之奈米物件,以在一不会吸引该等经处理奈米物件之容器中形成一悬浮液或一溶液;(3)将一种晶以垂直于该悬浮液之方向浸入该悬浮液中;及(4)从该悬浮液中将该种晶移出,使得该等经处理之奈米物件以一定方向方式组合于一自由悬浮巨观结构中,诸如一薄膜或一晶体。如申请专利范围第25项之组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构中之方法,其中组合于该巨观结构中之该等奈米物件会环绕该种晶,使得该巨观结构之一结构系与该种晶的一结构相同。如申请专利范围第25项之组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构中之方法,其中该自由悬浮巨观结构之厚度系在介于1毫微米至10微米之范围间。如申请专利范围第25项之组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构中之方法,其中该自由悬浮薄膜之面积系介于1微米x 1微米与10公分x 10公分之范围间。如申请专利范围第25项之组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构中之方法,其中该等奈米物件系单壁或多壁碳奈米管。如申请专利范围第25项之组合奈米物件于一自由悬浮巨观结构中之方法,其中该奈米物件系包含碳、矽、锗、氧、硼、氮、硫、磷与金属中至少之一的奈米线/奈米棒。一种藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,该方法包含:(1)合成该等预成形奈米物件,其中该等预成形奈米物件系单壁碳奈米管(SWNT)束;(2)藉由再回流于一过氧化氢溶液与过滤该等SWNT束以纯化该等SWNT束;(3)藉由将该等SWNT与HNO3及/或H2SO4及与超音波反应以切割经纯化之该等SWNT束;(4)以一溶剂掺合所处理之该等奈米物件以形成一悬浮液;(5)将一基板垂直地浸入该悬浮液;(6)藉由逐渐蒸发该溶剂以改变该悬浮液的一浓度,使得该等奈米物件以一定向方式沿该基板沉积,藉以制造该电子场发射阴极。如申请专利范围第31项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该基板包含一区域A与一区域B,其中该区域A吸引经处理之该等奈米物件,而区域B不吸引经处理之该等奈米物件,其中在改变该悬浮液之浓度、改变该悬浮液之pH值或该悬浮液之温度中之一后,该等奈米物件会沉积在区域A上。如申请专利范围第31项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该等奈米物件系碳奈米管。如申请专利范围第32项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该区域A之尺寸至少2毫微米。如申请专利范围第32项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该基板系亲水性玻璃。如申请专利范围第35项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,该方法进一步包含:以一疏水性聚合物的区域涂布该基板,使得该疏水性聚合物之区域形成该区域B,且该基板的一未涂布区域形成该区域A。如申请专利范围第36项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,该方法进一步包含:在该等奈米物件沉积后,移除该疏水性之该区域。如申请专利范围第37项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该疏水性聚合物可藉由在诸如以氢氟酸或其他类似物缓冲之丙酮、甲醇、乙醇的一溶剂中清洗而移除。如申请专利范围第31项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该方法进一步包含在温度为摄氏100度与500度之真空中退火该沉积有该等奈米物件之该基板。如申请专利范围第31项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该等奈米物件为一具有外观比例大于10且束长度介于300毫微米与1微米之间的单壁碳奈米管束。如申请专利范围第31项之藉由预成形奈米物件之自我组合制造用于场发射显示器之电子场发射阴极的方法,其中该场发射阴极具有之临界电场在发射电流密度为1毫安培/平方公分时,介于1伏特/微米与5伏特/微米之范围间。一种用于以细长奈米物件组合一巨观结构的方法,该方法包含:(1)处理该等细长奈米物件,使得该等细长奈米物件之尾部系疏水性,且该等细长奈米物件之本体系亲水性;(2)掺合经处理之该等细长奈米物件于一适当之疏水性溶剂中以形成一悬浮液,该悬浮液具有一浓度、一温度与一pH值;(3)将一疏水性基板以垂直于该悬浮液之方向浸入该悬浮液中;及(4)从该悬浮液中将该基板移出,藉以组合该等细长奈米物件于该基板之一表面上,其中该等细长奈米物件之该等尾部会附加至该基板表面,使得该等细长奈米物件之纵轴会垂直于该基板表面。一种用于以细长奈米物件组合一巨观结构的方法,该方法包含:(1)处理该等细长奈米物件,使得该细长奈米物件之尾部系亲水性而该细长奈米物件之本体系疏水性;(2)掺合经处理之该等细长奈米物件于一适当之亲水性溶剂中以形成一悬浮液,该悬浮液具有一浓度、一温度与一pH值;(3)将一亲水性基板以垂直于该悬浮液之方向浸入该悬浮液中;(4)从该悬浮液中将该基板移出,藉以组合该等细长奈米物件于该基板之一表面上,其中该等细长奈米物件之该尾部会附加至该基板表面,使得该等细长奈米物件之纵轴会垂直于该基板表面。一种用于组合预成形奈米物件于一巨观结构内的方法,该方法包含:处理该等奈米物件以具有一符合需求之外观比例与化学特性;将该等奈米物件掺合一溶剂而形成具有一温度的一悬浮液;且将一基板垂直地浸入该悬浮液中以涂布该悬浮液至该基板上并藉由增加至少该悬浮液之温度来蒸发该溶剂,其中该等奈米物件于该基板表面上组合形成一薄膜,其中该等奈米物件之纵轴实质上沿该基板表面平行排列。一种用于组合预成形奈米物件于一巨观结构内的方法,该方法包含:处理该等奈米物件以具有一符合需求之外观比例与化学特性;将该等奈米物件掺合一溶剂而形成具有一pH值的一悬浮液;将一基板垂直地浸入该悬浮液中以涂布该悬浮液至该基板上并藉由改变至少该悬浮液之pH值来蒸发该溶剂,其中该等奈米物件于该基板表面组成形成一薄膜,其中该等奈米物件之纵轴实质上沿该基板表面平行排列。一种用于组合预成形奈米物件于一巨观结构上的方法,该方法包含:(1)合成该等预成形奈米物件,其中该等预成形奈米物件系单壁碳奈米管(SWNT)束;(2)藉由再回流于一过氧化氢溶液与过滤该等SWNT束以纯化该等SWNT束;及(3)藉由将该等SWNT与HNO3及/或H2SO4及与超音波反应以切割所纯化之该等SWNT束;(4)以一溶剂掺合所处理之该等奈米物件以形成一悬浮液,该悬浮液具有一浓度、一温度与一pH值;(5)将一基板垂直地浸入该悬浮液以涂布该悬浮液至该基板上,其中该等奈米物件于该基板表面上组成该巨观结构,其中该等奈米物件之纵轴实质上沿该基板表面平行排列。如申请专利范围第46项之组合预成形奈米物件至一巨观结构之方法,其中该基板具有一第一区域与一第二区域,其中该第一区域吸引该等奈米物件,且该第二区域不吸引奈米物件。
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