CN102754235A - 包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件 - Google Patents

包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件 Download PDF

Info

Publication number
CN102754235A
CN102754235A CN2010800615364A CN201080061536A CN102754235A CN 102754235 A CN102754235 A CN 102754235A CN 2010800615364 A CN2010800615364 A CN 2010800615364A CN 201080061536 A CN201080061536 A CN 201080061536A CN 102754235 A CN102754235 A CN 102754235A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photosensitive
electrode
light sensitive
cnt
photon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800615364A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102754235B (zh
Inventor
P·帕萨南
V·厄莫洛夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Technologies Oy
Original Assignee
Nokia Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Oyj filed Critical Nokia Oyj
Publication of CN102754235A publication Critical patent/CN102754235A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102754235B publication Critical patent/CN102754235B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/221—Carbon nanotubes
    • H10K85/225—Carbon nanotubes comprising substituents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种装置包括；一个或多个碳纳米管(12)；被直接地共价键合到所述一个或多个碳纳米管(12)的一个或多个富勒烯(14)；以及被键合到所述一个或多个富勒烯(14)的一个或多个感光分子(16)。

Description

包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件
技术领域
本发明的实施例涉及装置、方法和器件。特别地，其涉及便携式通信设备中的装置、方法和器件。
背景技术
诸如光学传感器和光伏器件的器件通常包括用于检测光子的一个或多个感光层。所述一个或多个感光层可以包括被构造成吸收光子并将其转换成电信号的聚合物。然而，此类感光层在将接收到的光子转换成电信号时通常是相对低效的且这可能使得器件不适合于各种不同的应用。例如，在光伏器件位于不接收很多阳光(例如由于云覆盖)的国家中时，一个或多个感光层的低效可能导致对于实践目的产生不充分电能。
因此，将期望提供替换器件。
发明内容
根据本发明的各种但不一定是全部实施例，提供了一种装置，包括：一个或多个碳纳米管；一个或多个富勒烯，其被直接共价键合到所述一个或多个碳纳米管；以及一个或多个感光分子，其被键合到所述一个或多个富勒烯。
所述装置可以用于光电转换。
该装置还可以包括直接在所述一个或多个富勒烯的碳原子与所述碳纳米管的碳原子之间的一个或多个sp2键。
所述一个或多个感光分子可以被共价键合到所述一个或多个富勒烯。
可以将所述一个或多个感光分子构造成使得光子的接收促使电子移动至一个或多个富勒烯。可以将所述一个或多个感光分子构造成使得光子的接收促使一个或多个感光分子改变构造。
所述装置还可以包括被构造成向所述一个或多个感光分子提供电子的分子。
根据本发明的各种但不一定是全部实施例，提供了一种器件，包括：第一电极和第二电极；感光部件，包括如在任何前述段落中描述的装置，该感光部件被耦合到所述第一电极和所述第二电极。
所述第一电极和/或所述第二电极可以包括一个或多个纳米管和被直接共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯。
感光部件中的碳纳米管的密度可以大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者感光部件中的碳纳米管的密度可以大于金属碳纳米管的渗滤阈值。该器件可以作为光传感器进行操作。
感光部件中的碳纳米管的密度可以小于半导电纳米管的渗滤阈值，或者可以大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者可以大于金属碳纳米管的渗滤阈值。该器件可以作为光伏电池进行操作。
该器件还可以包括被耦合到第一和第二电极的电能储存器件且可以被构造成从感光部件接收电能。
根据本发明的各种但不一定是全部实施例，提供了一种包括多个如在任何前述段落中描述的器件的成像器件。
可以将感光部件的第一部分构造成检测具有在第一频带中的频率的光子，并且可以将感光部件的第二部分构造成检测具有在第二频带中的频率的光子。
可以将每个感光部件构造成检测具有在一定频带中的频率的光子。该成像器件还可以包括被构造成过滤具有在作为所述频带的子集的频带中的频率的光子的一个或多个过滤器。
可以将所述第一和第二电极构造成接收电能并向感光部件提供电能，并且其中，所述器件可作为显示器进行操作。
根据本发明的各种但不一定是全部实施例，提供了一种方法，包括：提供一个或多个碳纳米管和被直接共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯；以及将一个或多个感光分子键合到所述一个或多个富勒烯。
所述方法还可以包括直接在所述一个或多个富勒烯的碳原子与所述碳纳米管的碳原子之间提供一个或多个sp2键。
所述一个或多个感光分子可以被共价键合到所述一个或多个富勒烯。
所述方法还可以包括将所述一个或多个感光分子构造成使得光子的接收促使电子移动至一个或多个富勒烯。
所述方法还可以包括将所述一个或多个感光分子构造成使得光子的接收促使一个或多个感光分子改变构造。
所述方法还可以包括提供被构造成向所述一个或多个感光分子提供电子的分子。
根据本发明的各种但不一定是全部实施例，提供了一种方法，包括：提供第一电极和第二电极；提供感光部件，所述感光部件包括如在任何上述段落中描述的装置，该感光部件被耦合到所述第一电极和所述第二电极。
所述第一电极和/或所述第二电极可以包括一个或多个纳米管和被直接共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯。
感光部件中的碳纳米管的密度可以大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者感光部件中的碳纳米管的密度可以大于金属碳纳米管的渗滤阈值。该器件可以作为光传感器进行操作。
感光部件中的碳纳米管的密度可以小于半导电纳米管的渗滤阈值，或者可以大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者可以大于金属碳纳米管的渗滤阈值。该器件可以作为光伏电池进行操作。
该方法还可以包括提供被耦合到第一和第二电极且被构造成从感光部件接收电能的电能储存器件。
所述方法还可以包括提供多个第一和第二电极及多个感光部件以形成成像器件。
可以将感光部件的第一部分构造成检测具有在第一频带中的频率的光子，并且可以将感光部件的第二部分构造成检测具有在第二频带中的频率的光子。
可以将每个感光部件构造成检测具有在一定频带中的频率的光子，所述成像器件还可以包括被构造成过滤具有在作为所述频带的子集的频带中的频率的光子的过滤器。
可以将第一和第二电极构造成接收电能并将该电能提供给感光部件。该器件可以作为显示器进行操作。
附图说明
为了更好地理解本发明的实施例的各种示例，现在应仅以示例的方式对附图进行参考，在所述附图中：
图1图示根据本发明的各种实施例的装置的示意图；
图2图示根据本发明的各种实施例的另一装置的示意图；
图3图示用于制造根据本发明的各种实施例的装置的方法的流程图；
图4图示根据本发明的各种实施例的器件的示意图；
图5A图示根据本发明的各种实施例的另一器件的示意性透视图；
图5B图示根据本发明的各种实施例的另一器件的横截面图；
图6图示根据本发明的各种实施例的另一器件的示意图；以及
图7图示用于制造根据本发明的各种实施例的器件的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，词语“连接”和“耦合”及其派生词意指被操作上连接/耦合。应认识到的是可以存在任何数目或组合的中间组件(包括没有中间组件)。
图1图示包括碳纳米管12、富勒烯14和感光分子16的装置10的示意图。如在以下段落中更详细地描述的，可以将装置10构造成响应于接收到入射光子而提供输出电流和/或构造成响应于接收到输入电流而提供光子。可以将装置10结合到多种器件中(例如，诸如光传感器、光伏电池、成像器件或显示器)并至少部分地提供用于接收和/或提供光子的感光部分。可以将装置10集成在器件内或者其可以是用于此类器件的模块。在这里所使用的“模块”指的是不包括将被终端制造商或用户添加的某些零件/组件的单元或装置。
碳纳米管12包括多个碳原子18(出于示例性目的图示了其一部分)，其被共价键合在一起(经由sp2键20)以形成基本上空心的圆筒形结构。碳纳米管12可以是单壁纳米管(SWNT)(亦即，圆筒形结构包括单层碳原子)或者可以是多壁纳米管(MWNT)(即，圆筒形结构包括多个碳原子层)。碳纳米管12可以具有任何适当的尺寸且可以具有达到几纳米的直径和达到几毫米的长度。
应理解的是装置10可以包括任何数目的碳纳米管12且图1图示了单个碳纳米管12以保持图的清晰性。
富勒烯14包括多个碳原子18(出于示例性目的图示了其一部分)，其被共价键合在一起(经由sp2键20)以形成结构。富勒烯14可以具有任何适当形状且可以形成例如空心球体、空心椭圆体或空心管。此外，富勒烯14可以包括任何数目的碳原子且可以包括例如六十个碳原子并形成“布基球(buckyball)”。
富勒烯14被直接共价键合到碳纳米管12(即，在碳纳米管12与富勒烯14之间的键中不存在中间原子或分子)。可以经由一个或多个sp2键20将富勒烯14共价键合到碳纳米管12，并且在图1所示的示例性实施例中，经由两个sp2键将富勒烯14直接共价键合到碳纳米管12。
碳纳米管12与富勒烯14的组合形成碳纳米芽(nanobud)结构。应认识到的是可以将任何数目的富勒烯14直接共价键合到碳纳米管12。
感光分子16被键合到富勒烯14且可以经由一个或多个共价键或经由非共价键(例如离子键)来键合。因此，富勒烯14被感光分子16功能化。感光分子16可以是使得能够实现装置10处的光子的检测和/或发射的任何适当感光分子。
可以将感光分子16构造成使得由感光分子16进行的光子的吸收促使电子从感光分子16移动至富勒烯14并随后至碳纳米管12。例如，感光分子16可以是卟啉分子且可以是金属卟啉(MP)。金属卟啉的示例包括锌卟啉(ZnP)、锡卟啉(SnP)、锰卟啉(MnP)、钴卟啉(CoP)、镍卟啉(NiP)、铜卟啉(CuP)和铁卟啉(FeP)。
在其它实施例中，可以将感光分子16构造成使得由感光分子16进行的光子接收促使感光分子16改变构造。例如，感光分子16可以通过从第一原子排序变成第二原子排序来改变构造。感光分子16可以是诸如偶氮苯的发色团且被构造成在光子吸收时从基态跃迁结构异构化到激发态cis结构。从基态跃迁结构到激发态cis结构的变化导致感光分子16的偶极矩的变化。感光分子16的结构变化可以导致跨碳纳米管12的静电电位变化。
应认识到的是在某些实施例中，可以将单个感光分子16键合到富勒烯14，并且在其它实施例中，可以将多个感光分子16键合到富勒烯14。除键合到富勒烯之外，还可以将感光分子16键合到碳纳米管12。
在本发明的各种实施例中，可以将一个或多个感光分子16键合到“天线状”树形化合物(dendrimer)结构，其增加电子到富勒烯14的流动。树形化合物结构可以包括任何适当的卟啉分子。
例如，富勒烯14、感光分子16和树形化合物结构可以是(ZnP)3-ZnP-H2P-C60。
在本发明的某些实施例中，装置10还包括被构造成向一个或多个感光分子16提供光电子的多个分子22。因此，还可以将分子22称为“电子施主”分子。多个分子22例如可以形成聚合物、溶剂或凝胶。分子22可以包括例如共轭聚合物聚(3-己基-噻吩)(P3HT)。
本发明的实施例可以提供多个优点。富勒烯14与碳纳米管12之间的直接共价键合可以是高导电的，并且装置10可以在被用于检测和/或发射光子时有利地提供具有相对高效率和高灵敏度的材料。此外，富勒烯14与碳纳米管12之间的直接共价键合可以使得装置10具有相对高的化学和物理稳定性。此外，富勒烯14与感光分子16之间的键合可以比没有共价键合富勒烯的感光分子16与碳纳米管12之间的键合更稳健且更容易实现。
图2图示根据本发明的各种实施例的另一装置24的示意图。装置24类似于图1所示的装置10，并且在特征类似的情况下，使用相同的附图标记。装置24与装置10的不同之处在于富勒烯14经由六个sp2键而不是两个sp2键被直接共价键合到碳纳米管12。
图3图示用于制造根据本发明的各种实施例的装置的方法的流程图。在方框26处，该方法包括提供如前述段落中所述的被直接共价键合的一个或多个碳纳米管12和一个或多个富勒烯14(即，一个或多个纳米芽)。用于提供多个纳米芽的方法在纳米技术领域中是众所周知的且在这里将不会详细地描述。概括来说，用于提供多个纳米芽的一种方法包括从催化剂颗粒源(例如二茂络铁)获得雾化或衬底支持的催化剂颗粒。然后将催化剂颗粒放置在具有一个或多个碳源(例如一氧化碳)和一个或多个试剂(例如水蒸气和/或二氧化碳)的反应器中并随后加热(例如达到1150摄氏度)。碳源在催化剂颗粒的表面上连同试剂一起催化地分解而形成多个纳米芽。
在方框28处，所述方法包括对一个或多个感光分子16进行构造/合成。可以将感光分子16构造/合成为使得如上所述的光子的接收促使电子移动至一个或多个富勒烯。替换地，可以将感光分子16构造/合成为使得如上所述的光子的接收促使一个或多个感光分子改变构造。
在方框30处，所述方法包括将一个或多个感光分子16键合到一个或多个富勒烯。可以将感光分子共价键合到富勒烯，或者可以不将其共价键合到富勒烯。例如，可以通过在存在N-甲基甘氨酸的情况下在甲苯中回流三天来将锌卟啉醛键合到在方框26中形成的纳米芽。
在方框32处，所述方法包括提供被构造成向所述一个或多个感光分子提供电子的分子22。例如，可以将来自方框30的碳纳米管添加到聚合物、溶剂或凝胶。在各种实施例中，可以将来自方框30的碳纳米管添加到共轭聚合物聚(3-己基-噻吩)(P3HT)。
上文参考图3所述的方法可以提供多个优点。一个此类优点是所述方法提供相对简单的制造过程，因为碳纳米管12和富勒烯14在方框26中被一起形成为纳米芽结构。因此，制造过程可以是相对低成本的。
图4图示根据本发明的各种实施例的器件34的示意性横截面图。器件34包括感光部件36、第一电极38、第二电极40、第三电极42和衬底44。如在以下段落中详细地描述的，器件34被构造成检测入射光子且可以因此充当光传感器。可以将器件34集成在另一设备中(例如，诸如移动电话的便携式通信设备)，或者可以是用于此类设备的模块。
感光部件36包括如在前述段落中描述的装置10、24(即，感光部件36包括纳米芽网络)。纳米芽网络可以是有序或随机的。在纳米芽网络为随机的情况下，可以在合成之后直接沉积纳米芽网络(至例如衬底)。
感光部件36还可以包括其中可以嵌入或混合装置10、34的溶液或聚合物母体。因此，感光部件36可以包括具有不同形态的两种或更多组分材料(包括装置10、24)。
在制造期间，将感光部件36中的碳纳米管12设置为形成网络，使得网络的密度在金属碳纳米管的“渗滤阈值”(也称为渗滤密度-ρc)以下，但在半导电碳纳米管的渗滤阈值以上。因此，感光部件36充当半导体。可以用任何适当的透明物质来涂覆感光部件36以保护感光部件36免受环境伤害和由器件的用户引起的损坏(例如刮痕)。
针对给定网络，渗滤阈值是网络实现长距离连接性的点。这意味着当网络处于其渗滤阈值时，存在至少一个路径，沿着该路径，可以顺利地从网络的一侧行进至另一侧，从而提供网络中的长距离连接性。在此阈值以下，通常仅存在近距离连接性，因为仅存在能够采取的短路径。这些短路径不提供从网络的一侧到另一侧的路线。在此阈值之上，发生从网络的一侧到另一侧的更多路径/路线，使得存在能够采取的多个路线。
网络的连接性由许多因数确定：
1.路径长度-针对特定的网络密度，每个平均路径长度越长(相对于网络的尺寸)，网络将越接近于渗滤阈值；
2.网络密度-针对特定平均路径长度，每单位体积存在的路径越多，网络将越接近于渗滤阈值。
这些因数相互依赖。平均路径长度越短，保证短路径跨网络形成至少一个长距离连接路线所需的网络密度越高。同样地，网络密度越低，为了保证存在跨网络的至少一个长距离连接路线所需的路径越长。
在这种特定情况下，渗滤阈值表示密度过渡点，从该密度过渡点，能够看到系统从基本上单独的碳纳米管的网络移动至几乎所有碳纳米管所属的单连接的大的簇合物(cluster)。在此阈值之上，网络变厚且非常密集。例如，针对边长L的正方形样本和长度I的碳纳米管，由以下公式给出渗滤密度ρc：
ρc＝N/(L/I)2＝5.6±0.1
因此，碳纳米管的阈值数目是：
N＝5.6x(L/l)2
当系统不是正方形时，而是例如是矩形或圆形时，此值自然地改变。并且，如上所述，纳米管的长度以及碳纳米管的长度分布影响阈值。
在许多应用中，将纳米芽网络构造成使得其基本上处于渗滤阈值将是有利的。网络“基本上处于渗滤阈值”表示网络密度和/或纳米管长度使得网络处于渗滤阈值或略微在其之上。例如，这可以是在渗滤阈值之上0.01％、0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、25％、50％、100％或者甚至200％或其之间的范围的任何组合。应注意的是即使当网络处于达到渗滤阈值的三倍的值(即，在其之上200％)时，在网络中仍能够存在开始在渗滤阈值处发生的长距离连接性效果。并且，制造的器件之间的变化或器件的一个部分/区域到另一个之间的变化可以进一步减小网络与渗滤阈值的差距。这至少部分地是由于可能的长距离连接路径的数目随着网络密度的增加而增加。
通常，当被制造时，碳纳米管的1/3证明是金属的并且2/3是半导电的。因此，可以单独地定义用于金属和半导电纳米管的渗滤阈值。
第一电极38、第二电极40和第三电极42被耦合到感光部件36。在本实施例中，第一和第二电极38、40与感光部件36直接接触且第三电极42经由衬底44被耦合到感光部件36。第一、第二和第三电极38、40可以包括任何适当的导电材料且可以包括例如纳米芽网络(具有在金属渗滤阈值之上的密度)。可以将第一和第二电极38、40连接到控制器，其被构造成确定何时光子被感光部件36吸收。
衬底44可以是用于支撑感光部件36、第一电极38、第二电极40和第三电极42的任何适当衬底。衬底44可以基本上是刚性的，或者可以基本上是柔性的。
应认识到的是器件34形成晶体管，其中，第一电极38形成源极端子，第二电极40形成漏极端子且第三电极42形成栅极端子。
在器件34的另一实施例中，感光部件36中的碳纳米管12的密度大于金属碳纳米管的渗滤阈值，因此，感光部件36充当导体。
第一电极38和第二电极40被耦合到感光部件36。在本实施例中，第一和第二电极38、40与感光部件36进行直接接触。第一和第二电极38、40可以包括任何适当的导电材料且可以包括例如纳米芽网络(具有在金属渗滤阈值之上的密度)。可以将第一和第二电极38、40连接到控制器，其被构造成确定何时光子被感光部件36吸收。
应认识到的是器件34形成导电通道，其中，第一电极38形成源极端子，第二电极40形成漏极端子。
在操作中，由感光部件36进行的光子吸收导致来自第二电极40的输出电流增加。输出电流的增加和因此的入射光子(例如光)的检测可以被控制器(例如处理器或专用集成电路(ASIC))接收到并进行确定。在某些实施例中，跨第一电极38和第二电极40施加电压，其促使电子(由光子的吸收所转移的)从感光分子16流到碳纳米管12(经由富勒烯14)并随后至第二电极40。在其它实施例中，光子的吸收改变感光部件36的电阻，感光部件36的电阻可以通过使电流通过器件34来检测。可以将第三电极42构造/调谐成确定器件34的灵敏度。
图5A图示根据本发明的各种实施例的另一器件48的示意性透视图。器件48被构造成充当成像器件(例如照相机的传感器区域)并包括以N乘M矩阵布置的多个器件(光传感器)34。在图5A中，出于示例性目的以四乘五矩阵来布置所述多个器件34，并且应认识到的是该矩阵可以包括更大数目的器件。
多个器件34包括器件的第一子集341、器件的第二子集342和器件的第三子集343。器件34被布置成使得每个3乘3矩阵包括来自器件的第一子集341的三个器件、来自器件的第二子集342的三个器件和来自器件的第三子集343的三个器件。
器件的第一子集341的感光部件36被构造成响应于吸收具有在第一频带(例如具有在400nm至500nm之间的波长)中的频率的光子而提供输出电流的增加。器件的第二子集342的感光部件36被构造成响应于吸收具有在第二频带(例如具有在500nm至600nm之间的波长)中的频率的光子而提供输出电流的增加。器件的第三子集343的感光部件36被构造成响应于吸收具有在第三频带(例如具有在600nm至700nm之间的波长)中的频率的光子而提供输出电流的增加。因此，成像器件48被有利地构造成跨可见光的光谱吸收光子并通过利用被构造成吸收不同频带中的光子的感光部件36来确定特定的颜色。
图5B图示根据本发明的各种实施例的另一器件50的示意性横截面图。器件50被构造成充当成像器件(例如照相机的传感器区域)且包括以N乘M矩阵布置的多个器件(光传感器)34以及相应地覆盖(作为矩阵)多个器件34的多个过滤器52。在图5B中，出于示例性目的以四列来布置多个器件34和多个过滤器52，并且应认识到的是该矩阵可以包括更大数目的器件和过滤器。
多个器件34的感光部件36被构造成响应于吸收具有在一定频带(例如具有在400nm至700nm之间的波长)中的频率的光子而提供输出电流的增加。
多个过滤器52包括过滤器的第一子集521、过滤器的第二子集522和过滤器的第三子集523。过滤器52被布置成使得每个3乘3矩阵包括来自过滤器的第一子集521的三个过滤器、来自过滤器的第二子集522的三个过滤器和来自过滤器的第三子集523的三个过滤器。
过滤器的第一子集521中的过滤器被构造成过滤具有在第一频带(例如具有在400nm至500nm之间的波长)之外的频率的光子。过滤器的第二子集522中的过滤器被构造成过滤具有在第二频带(例如具有在500nm至600nm之间的波长)之外的频率的光子。过滤器的第三子集523中的过滤器被构造成过滤具有在第三频带(例如具有在600nm至700nm之间的波长)之外的频率的光子。因此，成像器件48被有利地构造成吸收光子并通过利用被构造成过滤不同频带中的光子的过滤器52来确定跨可见光的光谱的特定颜色。
图6图示根据本发明的各种实施例的另一器件54的示意图。器件54类似于图4所示的器件34，并且在特征类似的情况下，使用相同的附图标记。器件54包括感光部件36、第一电极38、第二电极40以及衬底56和电能储存器件58。如在以下段落中详细地描述的，器件54被构造成接收光子并将光子转换并储存为电能。器件54因此可以充当光伏电池。可以将器件34集成在另一设备中(例如，诸如移动电话的便携式通信设备)，或者可以是用于此类设备的模块。
感光部件36被构造成响应于吸收了具有在一定频带(例如具有在400nm至700nm之间的波长)中的频率的光子60而提供输出电流的增加。感光部件36被构造成充当电介质，并且在各种实施例中，感光部件36中的碳纳米管12的密度在半导电纳米管的渗滤阈值以下。在其它实施例中，碳纳米管12的密度可以大于半导电纳米管的渗滤阈值(且可以大于金属纳米管的渗滤阈值)且感光部件36中的供电子层可以是电介质。在这些实施例中，在碳纳米芽网络与供电子层之间的界面中可以发生光电转换，并且电子相对自由地在碳纳米芽网络部分中行进。
第一电极38和衬底56对光子60是基本上透明的且使得光子60能够传到感光部件36。第一电极38可以包括氧化铟锡(ITO)或导电碳纳米管网络，并且衬底56可以包括玻璃或透明塑料。
电能储存器件58被连接到第一电极38和第二电极40且被构造成储存由感光部件36产生的电能。电能储存器件58可以是任何适当器件，并且可以是例如一个或多个电化学电池。
在某些实施例中，器件54可以不包括电能储存器件且可以替代地将由感光部件36产生的电能提供给电子组件以对该电子组件供电。例如，可以将由感光部件36产生的电能提供给例如传感器或射频识别(RFID)组件。
在本发明的各种实施例中，可以将感光部件36构造成使得感光分子16被构造成响应于接收到外加电压/电流而发射光子。在这些实施例中，器件54可以包括多个感光部件36并充当从电能储存器件58接收电能的显示器。
在本发明的各种实施例中，可以将感光部件36构造成使得感光分子16既可以发射又可以吸收光子。在这些实施例中，器件54可以充当光伏电池和显示器。有利地，器件54可以储存由感光部件36产生的电能并随后使用该电能来发射光子。
图7图示用于制造根据本发明的各种实施例的器件34、48、50、54的方法的流程图。在方框62处，该方法包括提供第一电极38、第二电极40和可选的第三电极42。
在方框64处，该方法包括提供感光部件36并将感光部件36耦合到至少第一电极38和第二电极40。可以制造感光部件36(或者可以在制造之后分离碳纳米管12)，使得遍及感光部件36的碳纳米管12的密度适合于特定的使用。例如，可以将感光部件36制造为供在晶体管中使用，以便碳纳米管12的密度大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值。进一步举例来说，可以将感光部件36制造为供在光传感器或光伏电池中使用，以便得碳纳米管12的密度大于金属碳纳米管的渗滤阈值。
在(可选)方框66处，该方法包括提供电能储存器件58并将电能储存器件连接到第一电极38和第二电极40。
本发明的实施例提供了这样的优点，即感光部件36(包括装置10)可以相对容易地被集成到器件中的其它碳纳米管电子装置(例如电极38、40)中。
图3和图7所示的方框可以表示方法中的步骤和/或计算机程序中的代码段。例如，可以由执行计算机程序的处理器所控制的机器来执行图3和图7的方法。方框的特定顺序的图示不一定暗指用于方框的要求或优选顺序，而是可以改变方框的顺序和布置。此外，可以将某些步骤省略。
虽然在前述段落中已参考各种示例描述了本发明的实施例，但应认识到的是在不脱离要求保护的本发明的范围的情况下可以对给定示例进行修改。
可以以除明确地描述的组合之外的组合来使用在先前的说明中描述的特征。
虽然已参考某些特征描述了功能，但那些功能可以是可由其它特征执行的，无论是否已描述。
虽然已参考某些实施例描述了特征，但那些特征还可以存在于其它实施例中，无论是否已描述。
虽然在前述说明书中努力将注意力吸引到被认为具有特别重要性的本发明的那些特征，但应理解的是申请人要求关于上文参照附图和/或在附图中示出的任何可获得专利的特征或特征组合的保护，无论其是否被特别地强调。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
一个或多个碳纳米管；一个或多个富勒烯，其被直接地共价键合到所述一个或多个碳纳米管；以及一个或多个感光分子，其被键合到所述一个或多个富勒烯。
2.如权利要求1所述的装置，还包括直接在所述一个或多个富勒烯的碳原子与所述碳纳米管的碳原子之间的一个或多个sp2键。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述一个或多个感光分子被共价键合到所述一个或多个富勒烯。
4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个感光分子被构造成使得光子的接收促使电子移动至所述一个或多个富勒烯。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个感光分子被构造成使得光子的接收促使所述一个或多个感光分子改变构造。
6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括被构造成向所述一个或多个感光分子提供电子的分子。
7.一种器件，包括：
第一电极和第二电极；
感光部件，其包括如权利要求1至6中的任一项所述的装置，该感光部件被耦合到所述第一电极和所述第二电极。
8.如权利要求7所述的器件，其中，所述第一电极和/或所述第二电极包括一个或多个碳纳米管和被直接地共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯。
9.如权利要求7或8所述的器件，其中，所述感光部件中的碳纳米管的密度大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者所述感光部件中的碳纳米管的密度大于金属碳纳米管的渗滤阈值，并且该器件可作为光传感器进行操作。
10.如权利要求7或8所述的器件，其中，所述感光部件中的碳纳米管的密度小于半导电纳米管的渗滤阈值，或者大于半导电纳米管的渗滤阈值且小于金属碳纳米管的渗滤阈值，或者大于金属碳纳米管的渗滤阈值，并且该器件可作为光伏电池进行操作。
11.如权利要求10所述的器件，还包括被耦合到所述第一电极和所述第二电极并被构造为从所述感光部件接收电能的电能储存器件。
12.一种包括多个如权利要求7至9中的任一项所述的器件的成像器件。
13.如权利要求12所述的成像器件，其中，所述感光部件的第一部分被构造成检测具有在第一频带中的频率的光子，并且所述感光部件的第二部分被构造成检测具有在第二频带中的频率的光子。
14.如权利要求12所述的成像器件，其中，每个感光部件被构造成检测具有在一定频带中的频率的光子，并且所述成像器件还包括被构造成过滤具有在作为所述频带的子集的频带中的频率的光子的一个或多个过滤器。
15.如权利要求7或8所述的器件，其中，所述第一电极和所述第二电极被构造成接收电能并将该电能提供给所述感光部件，并且其中，所述器件可作为显示器进行操作。
16.一种方法，包括：
提供一个或多个碳纳米管和被直接地共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯；以及将一个或多个感光分子键合到所述一个或多个富勒烯。
17.如权利要求16所述的方法，还包括直接在所述一个或多个富勒烯的碳原子与所述碳纳米管的碳原子之间提供一个或多个sp2键。
18.如权利要求16或17所述的方法，其中，所述一个或多个感光分子被共价键合到所述一个或多个富勒烯。
19.一种方法，包括：
提供第一电极和第二电极；
提供感光部件，其包括如权利要求1至6中的任一项所述的装置，该感光部件被耦合到所述第一电极和所述第二电极。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一电极和/或所述第二电极包括一个或多个碳纳米管和被直接地共价键合到所述一个或多个碳纳米管的一个或多个富勒烯。
CN201080061536.4A 2009-12-03 2010-10-04 包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件 Active CN102754235B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/630,206 US10177314B2 (en) 2009-12-03 2009-12-03 Apparatus, methods and devices
US12/630,206 2009-12-03
PCT/FI2010/050770 WO2011067458A1 (en) 2009-12-03 2010-10-04 Apparatus, methods and devices comprising photoactively functionalized fullerenes covalently bonded to nanotubes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102754235A true CN102754235A (zh) 2012-10-24
CN102754235B CN102754235B (zh) 2015-08-19

Family

ID=44080819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080061536.4A Active CN102754235B (zh) 2009-12-03 2010-10-04 包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10177314B2 (zh)
EP (1) EP2507850B1 (zh)
CN (1) CN102754235B (zh)
WO (1) WO2011067458A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103074694A (zh) * 2013-01-15 2013-05-01 江南大学 将光能差转化为电压差的导电纤维的制造方法
CN106537309A (zh) * 2014-07-17 2017-03-22 富士胶片株式会社 导电性薄膜、带触摸面板的显示装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8266487B2 (en) * 2006-08-24 2012-09-11 Nokia Corporation Coding a signal
JP2011192966A (ja) * 2010-02-17 2011-09-29 Sony Corp 光電変換素子、光電変換装置及び固体撮像装置
EP3582264B1 (en) * 2015-07-08 2020-10-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101370734A (zh) * 2005-11-16 2009-02-18 卡纳图有限公司 用富勒烯官能化的碳纳米管
WO2009056686A1 (en) * 2007-10-30 2009-05-07 Canatu Oy A deposit and electrical devices comprising the same

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9808061D0 (en) * 1998-04-16 1998-06-17 Cambridge Display Tech Ltd Polymer devices
US6198091B1 (en) * 1998-08-19 2001-03-06 The Trustees Of Princeton University Stacked organic photosensitive optoelectronic devices with a mixed electrical configuration
US20060000505A1 (en) * 2004-05-26 2006-01-05 Kansai Paint Co., Ltd. Photovoltaic cell and method for manufacturing the same
JP4644818B2 (ja) * 2006-09-05 2011-03-09 国立大学法人群馬大学 色素増感太陽電池用色素及びこの色素を用いた光電変換素子並びに色素増感太陽電池
JP5427349B2 (ja) * 2007-10-18 2014-02-26 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
US9293720B2 (en) * 2008-02-19 2016-03-22 New Jersey Institute Of Technology Carbon nanotubes as charge carriers in organic and hybrid solar cells
JP5219194B2 (ja) 2008-03-27 2013-06-26 国立大学法人京都大学 有機分子内包カーボンナノチューブおよび電子デバイス
GB0809034D0 (en) 2008-05-19 2008-06-25 Univ Nottingham Solar cells
FI121156B (fi) 2008-06-27 2010-07-30 Canatu Oy Hiilinanonuppumolekyylin käyttö sähkömagneettisen säteilyn kanssa vuorovaikuttamiseksi laitteessa

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101370734A (zh) * 2005-11-16 2009-02-18 卡纳图有限公司 用富勒烯官能化的碳纳米管
WO2009056686A1 (en) * 2007-10-30 2009-05-07 Canatu Oy A deposit and electrical devices comprising the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. G. NASIBULIN，ET AL: "Investigations of NanoBud formation", 《CHEMICAL PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103074694A (zh) * 2013-01-15 2013-05-01 江南大学 将光能差转化为电压差的导电纤维的制造方法
CN103074694B (zh) * 2013-01-15 2014-07-09 江南大学 将光能差转化为电压差的导电纤维的制造方法
CN106537309A (zh) * 2014-07-17 2017-03-22 富士胶片株式会社 导电性薄膜、带触摸面板的显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2507850A1 (en) 2012-10-10
EP2507850B1 (en) 2020-01-22
EP2507850A4 (en) 2013-11-13
US20110132438A1 (en) 2011-06-09
WO2011067458A1 (en) 2011-06-09
CN102754235B (zh) 2015-08-19
US10177314B2 (en) 2019-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Tailored single-walled carbon nanotube− CdS nanoparticle hybrids for tunable optoelectronic devices
Tang et al. Rapid conversion from carbohydrates to large-scale carbon quantum dots for all-weather solar cells
Wang et al. High-performance carbon nanotube light-emitting diodes with asymmetric contacts
Liu et al. Solid-state, polymer-based fiber solar cells with carbon nanotube electrodes
Jia et al. Achieving high efficiency silicon-carbon nanotube heterojunction solar cells by acid doping
Tune et al. Carbon nanotube‐silicon solar cells
Arnold et al. Broad spectral response using carbon nanotube/organic semiconductor/C60 photodetectors
De et al. Transparent, flexible, and highly conductive thin films based on polymer− nanotube composites
Ramuz et al. Evaluation of solution-processable carbon-based electrodes for all-carbon solar cells
Hasobe Porphyrin-based supramolecular nanoarchitectures for solar energy conversion
Umeyama et al. Photofunctional hybrid nanocarbon materials
Bindl et al. Efficiently harvesting excitons from electronic type-controlled semiconducting carbon nanotube films
Chen et al. Intertwined aligned carbon nanotube fiber based dye-sensitized solar cells
Ballesteros et al. Single-wall carbon nanotubes bearing covalently linked phthalocyanines− photoinduced electron transfer
Guldi Biomimetic assemblies of carbon nanostructures for photochemical energy conversion
Say et al. Spray-coated paper supercapacitors
Yanagi et al. Photosensitive function of encapsulated dye in carbon nanotubes
US9147845B2 (en) Single walled carbon nanotube-based planar photodector
CN102754235B (zh) 包括被共价键合到纳米管的感光地功能化富勒烯的装置、方法和器件
US8294135B2 (en) High power density photo-electronic and photo-voltaic materials and methods of making
CN102498588A (zh) 经包覆的光电器件以及制造其的方法
Hu et al. A demo opto-electronic power source based on single-walled carbon nanotube sheets
Guo et al. Solution-processed parallel tandem polymer solar cells using silver nanowires as intermediate electrode
Tezuka et al. Comparison of cluster formation, film structure, microwave conductivity, and photoelectrochemical properties of composites consisting of single-walled carbon nanotubes with C60, C70, and C84
CN102095769A (zh) 碳纳米管气敏传感器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160118

Address after: Espoo, Finland

Patentee after: Technology Co., Ltd. of Nokia

Address before: Espoo, Finland

Patentee before: Nokia Oyj