DE602004008958T2

DE602004008958T2 - Herstellung von metallnanodrähten

Info

Publication number: DE602004008958T2
Application number: DE602004008958T
Authority: DE
Inventors: Sajad Bae Systems ATC Sowerby Buildi HAQ; Ioannis University of Liverpool ALEXANDROU; Gehan Anil Amaratunga; Khai Hwai BAE Sys Farnborough ANG
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: DE602004008958D1; ATE372959T1; US20050172370A1; ES2291957T3; US7794784B2; JP2006516944A; WO2005047179A1; EP1682447B1; EP1682447A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Bilden von Nanostrukturen, insbesondere auf Verfahren zum Bilden von Nanodrähten und Nanoröhren.
Allgemeiner Stand der Technik
Nanotechnologie wird von dem Institute of Nanotechnology in Großbritannien definiert als „Wissenschaft und Technologie, bei der Dimensionen und Toleranzen in dem Bereich von 0,1 Nanometer (nm) bis 100 nm eine entscheidende Rolle spielen".
Forschung auf dem Gebiet der Nanotechnologie ist eine sich schnell ausweitende Industrie und umfasst die Produktion von Nanostrukturen-Strukturen, die mindestens eine Dimension in mindestens ungefähr der Skala von 0,1 bis 100 nm (als „Nanoskala" bezeichnet) aufweisen. Zwei Beispiele von Nanostrukturen sind Nanodrähte und Nanoröhren, die beide einen Nanoskalen-Querschnitt aufweisen.
Verfahren zum Bilden von Nanostrukturen umfassen Verfahren auf der Basis der Miniaturisierung von Technologie, die anfänglich auf einer größeren Skala als der Nanoskala entwickelt worden war, und neue Verfahren für die Bildung von Nanostrukturen aus molekularen Bauelementen.
Aktuelle Verfahren zum Bilden von Nanodrähten beruhen üblicherweise auf elektrochemischer Basis und involvieren die Verwendung poröser Materialien wie etwa Aluminiumoxid. Die Poren derartiger Materialien sind zum Beispiel Kanäle mit den gewünschten Dimensionen für die zu bildenden Nanodrähte. Ionen des Metalls, aus dem die Nanodrähte gebildet werden sollen, sind in einem Elektrolyten enthalten und werden durch das Anlegen einer Spannung über zwei Elektroden, die an beiden Enden der Kanäle positioniert sind, in die Kanäle gezogen. Sobald die Nanodrähte gebildet sind, involviert das Extrahieren der Nanodrähte aus dem porösen Material gewöhnlich die Entfernung des porösen Materials.
Die in diesem Prozess gebildeten Nanodrähte werden häufig als Pulver eingesammelt, und die Einsammlung und Handhabung der einzelnen Nanodrähte ist ein relativ zeitaufwendiger, Fachkenntnisse verlangender und teurer Prozess. Zur Zeit gibt es keinen automatisierten Prozess für die verlässliche Handhabung einzelner Nanodrähte. Aus diesem Grund ist die Verwendung von Nanodrähten, die durch diesen Prozess produziert werden, in der Industrie unpraktisch. Zusätzlich dazu werden die Poren des porösen Materials oft maschinell hergestellt, um den gewünschten Dimensionen der zu bildenden Nanodrähte zu entsprechen. Dies erweist sich als schwierig, wenn die Dimensionen der Poren strenge Toleranzen erfüllen müssen.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „Synthesis and magnetic behavior of an array of nickel-filled carbon nanotubes", Applied Physics Letters 81, 4592 (2002), beschreibt ein Verfahren zum Bilden von nickelgefüllten Kohlenstoffnanoröhren. Bei diesem Verfahren werden zunächst innerhalb der Poren einer Aluminiumoxidmembran hohle Kohlenstoffnanoröhren gebildet. Dafür wird Acetylengas (C₂H₂) mit einer relativ hohen Temperatur von 700°C verwendet. Nickel (Ni) wird dann durch ein elektrochemisches Verfahren ähnlich dem zuvor beschriebenen im Inneren der hohlen Nanoröhren abgelagert. Sobald die Nanodrähte gebildet sind, wird das Aluminiumoxid entfernt, und die nickelgefüllten Nanoröhren werden bei diesem Verfahren als ein geordnetes Array erhalten, bei dem die Nanodrähte nacheinander ausgerichtet sind. Trotz dieser Ordnung und Ausrichtung ist jegliche Handhabung einzelner Nanoröhren schwierig. Zusätzlich dazu verhindert die relativ hohe Temperatur des Verfahrens die Verwendung von Reagenzien, die bei derartigen Temperaturen unbeständig sind. Die Verwendung von Acetylengas ist relativ gefährlich, da das Gas entflammbar ist, insbesondere bei relativ hohen Temperaturen.
Kohlenstoffnanoröhren werden gewöhnlich auf einem Substrat gebildet, das eine ferromagnetische katalytische Schicht, zum Beispiel aus Nickel, aufweist. Im Allgemeinen wird durch den Abbau eines Gases, zum Beispiel Acetylen, durch Erhitzen und/oder eine Anlegung eines elektrischen Feldes ein Kohlenstoffdampfplasma gebildet. Der Kohlenstoff des Plasmas reagiert mit der katalytischen Schicht, um Nanoröhren zu bilden, die sich vertikal von dem Substrat bilden und ungefähr nacheinander ausgerichtet sind. Häufig bildet die katalytische Schicht bei Erhitzen einzelne Partikel, wobei jedes einzelne Partikel zur Bildung einer Nanoröhre führt. Ausgerichtete Nanoröhren bilden sich üblicherweise nur in Gegenwart eines von außen angelegten elektrischen Feldes.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „Uniform patterned growth of carbon nanotubes without surface carbon", K. B. K. Teo, M. Chhowalla, G. A. J. Amaratunga, W. I. Milne, D. G. Hasko, G. Pirio, P. Legagneux, F. Wyczisk und D. Pribat, Applied Physics Letters 79, 1534 (2001), beschreibt ein Verfahren zum Züchten vertikal ausgerichteter Nanoröhren an präzisen Stellen auf einem Substrat. Ein katalytischer Nickelfilm auf einem Substrat bei 700°C bildet Nanopartikel aus dem Nickel. Ammoniak- und Acetylengas werden bei dieser Temperatur eingeführt, und unter Verwendung einer Technik der plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung (PECVD) werden Nanoröhren aus den Nickelnanopartikeln vertikal zu dem Substrat gezüchtet. Ein elektrisches Feld, das durch das Plasma induziert wird, bewirkt, dass die Nanoröhren ausgerichtet werden.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „Large-area synthesis of carbon nanofibres at room temperature", B. O. Boskovic, V. Stolojan, R. U. A. Khan, S. Haq und S. R. P. Silva, Nature Materials, 165 (2002), beschreibt ein Verfahren zum Bilden von Kohlenstoffnanofasern bei Zimmertemperatur, 100°C und 250°C. Eine gut gebildete Nanoröhre lässt sich betrachten, als beinhalte sie eine hohle Röhre, die Wände aufweist, welche aus gekrümmten Lagen gebildet sind, die z. B. aus Graphit gebildet sind. Jedes Ende der hohlen Röhre ist mit einer Fulleren-Halbkugel gekappt, die typischerweise aus Kohlenstoff gebildet ist. Eine Nanofaser kann als eine Nanoröhre betrachtet werden, bei der die Lage und die Fullerenstrukturen Defekte beinhalten. Bei diesem Verfahren werden die Nanofasern unter Verwendung von Methangas als Kohlenstoffquelle aus Nickelpartikeln auf einem Substrat gebildet. Eine Hochfrequenzspannung, die über das Volumen des Methans angelegt wird, erzeugt ein Kohlenwasserstoffplasma, das den zur Nanofaserbildung an der Oberfläche der Nickelpartikel erforderlichen Kohlenstoff bereitstellt. An einer Spitze jeder wachsenden Nanofaser verbleibt ein Nickelpartikel, und obwohl dieses Verfahren bei Zimmertemperatur durchgeführt werden kann, bewirkt die Hochfrequenz-PECVD eine Überhitzung dieser Spitze bis auf eine Temperatur von ungefähr 450–1250°C, um eine für die Reaktion erforderliche Energie bereitzustellen. Die durch dieses Verfahren gebildeten Nanofasern sind nicht ausgerichtet, sondern weisen eine sogenannte ,Spaghetti-Morphologie' auf.
Bei diesen beiden Verfahren des Stands der Technik zur Bildung von Nanoröhren unter Verwendung einer PECVD-Technik ist eine relativ hohe Temperatur erforderlich, damit die Bildungsreaktion auftreten kann, ungeachtet einer Umgebungstemperatur. Derartige relativ hohe Temperaturen verhindern die Verwendung von Materialien, die bei derartigen Temperaturen unbeständig sind. Zusätzlich dazu ist die Verwendung von Acetylen- oder Methangas, die bei ähnlichen Reaktionen zum Bilden von Nanoröhren gewöhnlich verwendet wird, relativ gefährlich, da das Gas entflammbar ist, besonders bei relativ hohen Temperaturen.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „One-dimensional positioning of carbon nanocapsules and spontaneous formation of carbon nanotubes by self-organization of gold nanoparticles", Takeo Oku und Katsuaki Suganuma, beschreibt ein Verfahren zum spontanen Bilden von Goldnanopartikeln und -nanodrähten, die in Kohlenstoffnanokapseln verkapselt sind, und Nanoröhren, die aus eindimensionalen, selbstorganisierenden Goldnanopartikeln auf Kohlenstoffdünnfilmen durch Tempern bei niedrigen Temperaturen von 200–400°C gebildet werden. Oku et al. stellten fest, dass die eindimensionale Anordnung von Goldnanopartikeln stark von der Klebkraft an den Atomstufenkanten von amorphen Kohlenstoffdünnfilmen abhing. Die Goldkristalle im Inneren der Nanoröhren stellten sich als durch das Kristallwachstum der Nanodrähte verzerrt heraus.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „A method for synthesizing large quantities of carbon nanotubes and encapsulated copper nanowires", A. A. Setlur, J. M Lauerhaas, J. Y. Dai und R. P. H. Chang, Applied Physics Letters, Band 69, Nr. 3, S. 345–347 (1996), beschreibt ein Verfahren, das einen Wasserstofflichtbogen zum Synthetisieren großer Mengen an Kohlenstoffnanoröhren, die mit reinem Kupfer gefüllt sind, verwendet. Setlur et al. zeigen, dass die Wechselwirkung kleiner Kupfer-Cluster mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) Kohlenstoffnanoröhren und verkapselte Kupfernanodrähte bildet. Die Wirksamkeit dieses Modells wird bewiesen, indem gezeigt wird, dass keine kupfergefüllten Nanoröhren in einem Heliumlichtbogen, der keine PAK erzeugt, gebildet werden. Die Verwendung von Pyren, einem PAK-Molekül, zum Züchten von Kohlenstoffnanoröhren und verkapselten Kupfernanodrähten wird ebenfalls offenbart.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verbesserungen an Verfahren zum Bilden von Nanodrähten und Nanoröhren bereitzustellen, insbesondere bei relativ niedrigen Temperaturen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes bereitgestellt, das Folgendes beinhaltet:

(a) Bereitstellen einer Anordnung von Nanopartikeln, die ein erstes Material beinhaltet;
(b) Bereitstellen eines Fluids von Molekülen;
(c) Ablagern von mindestens etwas zweitem Material aus dem Fluid von Molekülen auf eine äußere Oberfläche von einem der Nanopartikel, um eine Ablagerung zu bilden, die mindestens einen Teil des Äußeren des einen Nanopartikels umgibt; und
(d) Zusammenfügen von mehr von dem ersten Material aus den Nanopartikeln mit dem einen Nanopartikel, um eine längliche Konfiguration des ersten Materials in der Form eines Nanodrahtes zu produzieren.

Vorzugsweise ist jedes der Moleküle ein Abbauprodukt. Noch besser bilden die Abbauprodukte einen Dampf. Vorzugsweise wird der Dampf von einem Polymer bereitgestellt, das anfänglich fest ist und erhitzt wird, um eine Temperatur von zwischen 100 und 600°C zu erreichen; dies bewirkt den Abbau des Polymers, um einen Dampf zu bilden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Nanoröhre bereitgestellt, das Folgendes beinhaltet:

(a) Bereitstellen einer Anordnung von Nanopartikeln, die ein erstes Material beinhaltet;
(b) Bereitstellen eines Fluids von halogenierten Molekülen;
(c) Ablagern von mindestens etwas zweitem Material aus den halogenierten Molekülen auf eine äußere Oberfläche von einem der Nanopartikel, um eine erste Ablagerung des zweiten Materials zu bilden, die mindestens einen Teil des Äußeren des einen Nanopartikels umgibt; und
(d) Ablagern von mindestens etwas weiterem zweitem Material aus den halogenierten Molekülen, um eine zweite Ablagerung des zweiten Materials auf der ersten Ablagerung anzubringen, um eine Anordnung von Ablagerungen in der Form einer Nanoröhre zu produzieren.

Die Temperatur des Verfahrens zum Bilden der Nanodrähte oder der Nanoröhren ist relativ niedrig und ermöglicht die Verwendung von Reagenzien, die oberhalb dieser Temperaturen unbeständig sind, in der Bildungsreaktion. Zusätzlich dazu ist die Verwendung eines Dampfes bei einer derartigen, relativ niedrigen Temperatur weniger gefährlich als die Verwendung eines entflammbaren Gases bei relativ hohen Temperaturen.
Nanodrähte und Nanoröhren, die bei diesen relativ niedrigen Temperaturen gebildet werden, können so gebildet werden, dass sie im Wesentlichen linear sind, ohne den Bedarf an einem von außen angelegten magnetischen oder elektrischen Feld. Des Weiteren erfordert das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht die Verwendung irgendeiner auf Plasma basierenden Technik. Dies stellt ein relativ einfaches und effizientes Verfahren zum Bilden von Nanodrähten und Nanoröhren bereit.
Mit der Verwendung eines Dampfes der Moleküle, die von dem anfänglich festen Polymer bereitgestellt werden, statt eines Gasvorläufers, der für die Bildung der Nanodrähte oder Nanoröhren bereitgestellt wird, werden geringere Aktivierungsenergien zum Auftreten der Bildungsreaktion benötigt.
Eine Vorrichtung zum Bereitstellen des Verfahrens zum Bilden der Nanodrähte oder Nanoröhren umfasst kein Gaseinlasssystem, und ihre Installation ist daher relativ einfach und kostengünstig.
Zur Bildung von Nanodrähten der vorliegenden Erfindung werden die Dimensionen der Nanodrähte nicht von einem Vorlagematerial bestimmt, zum Beispiel einem porösen Material wie etwa Aluminiumoxid. Nanodrähte mit gleichmäßigen Dimensionen werden effizient gebildet, ohne den Bedarf an der Produktion eines Vorlagematerials mit präzisen Spezifikationen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich als Beispiel gegeben und unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Produzieren von Nanopartikeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Abbildung von Nanopartikeln, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurden.
3 zeigt eine Abbildung eines Nanopartikels nach einem Temperprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch eine Vorrichtung für ein Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes oder einer Nanoröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch einen Schritt zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt schematisch einen weiteren Schritt zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt schematisch als Draufsicht eine Bildung von Nanodrähten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Abbildung als Draufsicht der Bildung der Nanodrähte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Abbildung der Nanodrähte auf einem höheren Vergrößerungsniveau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Abbildung eines Nanodrahtes, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.
11 zeigt eine Abbildung eines Nanodrahtes nach einem Temperprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Abbildung von Nanodrähten, die gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurden.
13 zeigt schematisch einen Schritt zum Bilden einer Nanoröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt schematisch einen weiteren Schritt zum Bilden der Nanoröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt schematisch als Draufsicht eine Bildung von Nanoröhren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt eine Abbildung als Draufsicht der Bildung von Nanoröhren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Produzieren von Nanopartikeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Partikel sind aus einem metallischen Material und werden für das Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes oder einer Nanoröhre gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. In dem Fall der Ausführungsformen, die in der nachfolgenden Patenschrift beschrieben werden sollen, sind die Partikel Nanopartikel, von denen jedes mindestens eine Dimension auf der Nanoskala aufweist. Das metallische Material in dieser Ausführungsform ist Kobaltcarbid (Co₃C), das eine Legierung aus einem ferromagnetischen Material ist, bei dem es sich in diesem Fall um das Metall Kobalt (Co) handelt. Das Kobaltcarbid wird unter Verwendung einer Kohlelichtbogentechnik gebildet.
Die Kohlelichtbogentechnik involviert eine Kathode 2, die aus Graphit gebildet ist, und eine Anode 4, die aus einer Mischung von komprimiertem Graphit- und Kobaltpulver gebildet wird. Die Mischung beinhaltet ungefähr 30–50 Massenanteile Kobalt. Unter Verwendung einer elektrischen Gleichstromquelle 5 wird zwischen der Kathode 2 und der Anode 4 ein Lichtbogen initiiert, was auf der Kathode 2 einen Lichtbogenfleck 6 produziert. Zwischen der Anode 4 und einem Substrat 10 wird ein Plasma 8 gebildet. Das Plasma 8 nimmt einen Bereich ein, der sich in einer Richtung von der Kathode 2 und der Anode 4 zu dem Substrat 10 hin ausbreitet. Stickstoffgas (N₂) fließt durch eine Öffnung 7 innerhalb der Anode 4 in eine Region des Plasmas 8. Das Substrat in diesem Beispiel ist aus einer Folie von Aluminium (Al) gebildet. Kobaltcarbidnanopartikel 12 werden durch diese Kohlelichtbogentechnik gebildet und von dem sich ausbreitenden Plasma 8 getragen und auf dem Substrat 10 abgelagert. Die Kohlelichtbogentechnik wird in einer Umwelt mit reduziertem Druck durchgeführt, vorzugsweise einem wesentlichen Vakuum. Mit wesentlichem Vakuum meinen wir einen reduzierten Druck, der mindestens um eine Größenordnung kleiner als der atmosphärische Druck ist. Dieses wesentliche Vakuum wird durch die Entfernung 14 von atmosphärischen Molekülen in einer Reaktionskammer 13 unter Verwendung einer Vakuumpumpe bereitgestellt.
2 zeigt eine Abbildung der Kobaltcarbidnanopartikel 12, die unter Verwendung der beschriebenen Kohlelichtbogentechnik gebildet wurden. Es ist zu beachten, dass die hier gezeigten Abbildungen unter Verwendung eines hochauflösenden Elektronenmikroskops (HREM) aufgezeichnet wurden. Wie zu sehen ist, sind die Nanopartikel 12 ungefähr sphärisch und weisen eine Kernregion 16 und eine Peripherieregion 18 auf. Die Maßstabsleiste 20 gibt den durchschnittlichen Durchmesser der Nanopartikel 12 in diesem Beispiel als ungefähr 5 nm an. Die Kernregion 16 beinhaltet Kobaltcarbid und daher einen relativ hohen Anteil von Kohlenstoff.
3 zeigt eine Abbildung eines Nanopartikels 12 nach einem Temperprozess. In einem Temperprozess bewegt sich der relativ hohe Anteil von Kohlenstoff der Kernregion 16 in die Peripherieregion 18. Der Temperprozess involviert das Erhitzen der Nanopartikel 12 in einem wesentlichen Vakuum auf eine Temperatur zwischen 300 und 600°C, in dieser Ausführungsform ungefähr 375°C, über eine ausgewählte Periode von zwischen 5 und 100 Stunden, in dieser Ausführungsform ungefähr 72 Stunden. Die Nanopartikel 12 sind nach dem Temperprozess getemperte Nanopartikel 22 und weisen eine Kernregion 24 und eine Peripherieregion 26 auf. Die Kernregion 24 der getemperten Nanopartikel beinhaltet im Wesentlichen nur Kobalt und daher einen relativ geringen Anteil von Kohlenstoff. Die getemperte Peripherieregion 26 beinhaltet einen hohen Anteil von Kohlenstoff, der in Schichten aus Graphit angeordnet ist. Nach der Entfernung von Kohlenstoff aus der Kernregion 16 weist die getemperte Kernregion 24 eine erhöhte Magnetisierung eines Mehrfachen von ungefähr 100 auf. Die Maßstabsleiste 28 gibt den durchschnittlichen Durchmesser dieses getemperten Nanopartikels 22 als ungefähr 10 bis 12 nm an.
4 zeigt schematisch eine Vorrichtung für ein Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes oder einer Nanoröhre gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Reaktionsgefäß ist eine Röhre 28, die aus einem Metall gebildet ist, bei dem es sich in diesem Fall um Edelstahl handelt, und weist eine Länge von ungefähr 20 cm und eine Breite von ungefähr 6 cm auf. Ein erstes Ende 30 der Röhre 28 ist abgedichtet und ein zweites Ende 32 der Röhre 28 ist perforiert. Im Inneren der Röhre 28 befinden sich ein erstes Reagenzgefäß 34 und ein zweites Reagenzgefäß 36, wobei beide Reagenzgefäße Bechergläser mit einem Volumen von ungefähr 5 ml sind und aus Quarz gebildet sind. Das erste und das zweite Reagenzgefäß 34, 36 liegen auf einer Seite und ein offenes Ende jedes Gefäßes weist zu dem abgedichteten ersten Ende 32. Das erste Reagenzgefäß 34 enthält eine Vielzahl von agglomerierten Massen von Nanopartikeln 35, die auf einem Substrat angeordnet sind. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Nanopartikel 35, außer anderweitig angegeben, die Nanopartikel 22, die unter Verwendung der zuvor beschriebenen Kohlelichtbogentechnik gebildet wurden, ohne getempert worden zu sein.
Das Substrat in diesem Beispiel ist ein aus Kupfer gebildetes Gitter 38 zur Verwendung in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Die agglomerierten Massen von Nanopartikeln 35 ruhen auf einem Film aus Kohlenstoff, der Schichten von amorphem Kohlenstoff beinhaltet und auf einer Oberfläche des TEM-Gitters 38 gestützt wird. Die Kohlenstoff beinhaltenden Schichten können eine Kohlennitrid- oder Kohlenoxidstützschicht umfassen. Das zweite Reagenzgefäß 36 enthält eine Vielzahl von Molekülen 40, die in der Form eines anfänglich festen Polymers vorliegen.
Bedingungen zur Bildung von Nanodrähten oder Nanoröhren werden durch die Vorrichtung bereitgestellt und umfassen das Anwenden von Wärme, um eine Temperatur T zu erreichen, die angesetzt ist, um sowohl den festen Polymer 40 zu schmelzen als auch ein Koaleszieren der Nanopartikel 36 zu verhindern. Für noch zu beschreibende Ausführungsformen liegt die Temperatur T unter 600°C und vorzugsweise über 100°C. Noch besser liegt die Temperatur T unter 500°C und über 150°C. Bei dieser Ausführungsform betrug die verwendete Temperatur ungefähr 375°C. Eine Heizvorrichtung 42 stellt die Wärme bereit, um diese Temperatur T zu erreichen, und ein Thermoelement 44 hilft bei der Regulierung der Temperatur T. Die Bedingungen zur Bildung von Nanodrähten oder Nanoröhren umfassen ferner das Bereitstellen eines wesentlichen Vakuums, in dieser Ausführungsform ungefähr 10^–6 mbar, vor dem Bereitstellen der Temperatur T. Die Röhre 28 wird in das Innere einer Vakuumkammer 46 platziert, aus der atmosphärisches Gas mit einer Pumpe entfernt wird 48, um das wesentliche Vakuum bereitzustellen. Für noch zu beschreibende Ausführungsformen werden die Bedingungen zur Bildung von Nanodrähten oder Nanoröhren über eine Periode von zwischen 3 und 100 Stunden, in dieser Ausführungsform ungefähr 72 Stunden, bereitgestellt.
Mit Bereitstellung der Bedingungen zur Bildung von Nanodrähten oder Nanoröhren wird der anfänglich feste Polymer nach dem Schmelzen abgebaut, um einen Dampf aus Abbauprodukten zu bilden. Diese Abbauprodukte umfassen Moleküle, die Kohlenstoff enthalten und die ein Fluid von Molekülen bilden.
5 zeigt schematisch einen Schritt zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes das Bereitstellen einer Agglomeration von Kobaltcarbidnanopartikeln 50 auf einem Kohlenstofffilm des TEM-Kupfergitters 52 gemäß der bereits beschriebenen Vorrichtung zur Bildung von Nanodrähten. Die Moleküle des Dampfes enthalten Kohlenstoff und sind in dieser Ausführungsform Fluorkohlenwasserstoffabbauprodukte R₁, typischerweise mit der chemischen Formel C₂CIF₃. Das anfänglich feste Polymer, das diese Fluorkohlenwasserstoffabbauprodukte R₁ bereitstellt, ist Polychlor-trifluor-ethen), das die chemische Formel (C₂CIF₃)_n aufweist, wobei n die Anzahl von Monomereinheiten in den Polymermolekülen ist. Dieses Polymer hat den Markennamen Kel-F^® und hat einen Schmelzpunkt von ungefähr 200°C.
Bei Bereitstellen der Bedingungen zur Bildung von Nanodrähten erreichen die Abbauprodukte R₁ das Agglomerat von Nanopartikeln 50 einschließlich eines Nanopartikels 54. Es wird angenommen, dass die Abbauprodukte R₁ mit einem Äußeren 55 der Nanopartikel 50 in Wechselwirkung treten, wie durch Pfeile in 5 angezeigt, und der weitere Abbau der Abbauprodukte R₁ durch die katalytische Wirkung der Nanopartikel 50 bewirkt wird. Der weitere Abbau der Abbauprodukte R₁ ergibt Kohlenstoff, Fluor (F₂) und Chlor (Cl₂). Mindestens etwas Kohlenstoff von den Abbauprodukten R₁, der in diesem weiteren Abbau produziert wird, wird auf dem Äußeren des einen Nanopartikels 54 abgelagert, um eine Schicht Kohlenstoff zu bilden, die zumindest einen Teil des Äußeren 55 umgibt. In diesem Beispiel beinhaltet die Kohlenstoffschicht Graphit und beinhaltet eine Vielzahl von Schichten aus Graphit 56.
6 zeigt schematisch einen weiteren Schritt des Bildens eines Nanodrahtes. Nach der Ablage des Kohlenstoffs auf dem einen Nanopartikel wird der weitere Abbau der Abbauprodukte R₁ durch die katalytische Wirkung der Nanopartikel 50 in der Nachbarschaft des einen Nanopartikels 54 bereitgestellt. Mindestens etwas Kohlenstoff von den Abbauprodukten R₁, der durch diesen weiteren Abbau bereitgestellt wird, wird auf die Kohlenstoffschicht, die zumindest einen Teil des Äußeren 55 des einen Nanopartikels 54 umgibt, abgelagert, um eine Nanoröhre zu bilden, die einen länglichen Raum umschließt. Das eine Nanopartikel 54 fügt sich mit weiteren der Nanopartikel 50 einschließlich des weiteren Nanopartikels 58 zusammen, um eine längliche Konfiguration von Nanopartikeln zu bilden, die ein Nanodraht 60 innerhalb der Nanoröhre ist. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Nanoröhre Schichten aus Graphit. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Nanoröhre fehlerhaftes Graphit, amorphen Kohlenstoff und/oder Kohlenstofffaser umfassen.
7 zeigt schematisch als Draufsicht eine Bildung einer Vielzahl von Nanodrähten gemäß dem Verfahren zum Bilden von Nanodrähten aus dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Nanodrähten 60 aus einer einzigen agglomerierten Masse von Nanopartikeln 50 gebildet wird. Die Nanodrähte 60 sind nach ihrer Bildung typischerweise im Wesentlichen linear.
8 zeigt eine Draufsicht der Bildung der Vielzahl von Nanodrähten 60. Die Abbildung, die unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) aufgenommen wurde, weist eine Maßstabsleiste 62 auf, die den durchschnittlichen Durchmesser jedes Nanodrahtes 60 als ungefähr 15 bis 25 nm angibt. In dieser Abbildung lässt sich die agglomerierte Masse 64, aus der die Vielzahl von Nanodrähten 60 gebildet wird, leicht erkennen. Die Abbildung von 8 ist mit Blick nach unten auf die Oberfläche des TEM-Gitters 52, auf dem die Nanopartikel 50 montiert sind, aufgenommen. Nanodrähte 60 werden gesehen, die sich in zu einer Ebene der Oberfläche des TEM-Gitters 52 ungefähr parallelen Richtungen bilden. Es sei angemerkt, dass sich die Nanodrähte 60 auch in weiteren Richtungen, einschließlich einer zu der oben erwähnten Ebene senkrechten Richtung, bilden können.
9 zeigt eine weitere TEM-Abbildung der Nanodrähte 60 bei einer stärkeren Vergrößerung. Die Maßstabsleiste 66 gibt die durchschnittliche Breite der Nanodrähte 60 als ungefähr 5 nm an. Die nähere Vergrößerung dieser Abbildung ermöglicht es, Einzelheiten der Nanodrähte 60 zu sehen. Die Nanodrähte 60 wiesen eine Kernregion 67 auf, die den Nanopartikeln 50 entspricht, einschließlich des einen Nanopartikels 54 und des weiteren Nanopartikels 58, innerhalb der Graphitschicht 68 des Nanodrahtes 60. Aus 9 wird ersichtlich, dass die Kernregion 67 aus Kobaltcarbid im Allgemeinen eine ungefähr regelmäßige kristalline Struktur aufweist.
10 zeigt eine TEM-Abbildung eines weiteren Nanodrahtes, der gemäß dieser Ausführungsform gebildet ist. Der Nanodraht ist den oben beschriebenen und in 9 dargestellten ähnlich. Die Maßstabsleiste 69 gibt den durchschnittlichen Durchmesser der Nanodrähte als ungefähr 11 nm an. Eine Kernregion 70 dieses Nanodrahtes und eine Graphitschicht 71 sind der Kernregion 67 und der Graphitschicht 68 des Nanodrahtes 60, der unter Verwendung von 9 beschrieben wurde, ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Kernregion 70 eine beträchtlich weniger regelmäßige kristalline Struktur aufweist und die Graphitschicht 71 strukturelle Defekte beinhaltet.
11 zeigt eine TEM-Abbildung eines Nanodrahtes nach einem Temperprozess. Der verwendete Temperprozess für die Nanodrähte 60 involviert das Anwenden von Wärme, um eine Temperatur von zwischen 300 und 600°C zu erreichen, in dieser Ausführungsform ungefähr 375°C. Die Nanodrähte 60 werden bei dieser Temperatur über eine angemessene Zeitdauer getempert. Der Temperprozess bewirkt, dass sich mindestens ein Großteil des Kohlenstoffes in der Kernregion 67 der Nanodrähte 60 zu der Graphitschicht 68 bewegt. Zusätzlich dazu trägt der Temperprozess dazu bei, die Atome der Kernregion 67 durch einen Sinterprozess enger zu packen. Stickstoffgas kann verwendet werden, um eine nicht reaktive Umwelt während dieses Temperprozesses bereitzustellen. Die getemperten Nanodrähte beinhalten eine getemperte Kernregion 73, die eine im Wesentlichen kontinuierliche kristalline Struktur aufweist, die im Wesentlichen mit einer Kristallstrukturprojektion von Delta-Kobalt (δ-Co) übereinstimmt. Diese kristalline Struktur ist ähnlich der der getemperten Kernregion 24 der getemperten Nanopartikel. Dies ist von einer getemperten Graphitschicht 74 umgeben, die eine größere Vielzahl an Graphitschichten als die Graphitschicht des Nanodrahtes 60 vor dem Temperprozess beinhaltet. Die Maßstabsleiste 72 gibt den durchschnittliche Durchmesser der getemperten Nanodrähte als ungefähr 8 nm an.
12 zeigt eine TEM-Abbildung von Nanodrähten, die gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurden. Bei dieser anderen Ausführungsform sind die auf dem TEM-Gitter bereitgestellten Nanopartikel Kobaltcarbidnanopartikel, die mit der Kohlelichtbogentechnik gebildet und anschließend getempert wurden, wie zuvor beschrieben und in 3 dargestellt. Unter Verwendung der getemperten Nanopartikel gemäß dem oben für die vorherige Ausführungsform beschriebenen Verfahren werden Nanodrähte gebildet. 11 zeigt Nanodrähte 76, die gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform gebildet wurden. Die Maßstabsleiste 78 gibt den durchschnittliche Durchmesser der Nanodrähte als ungefähr 15 bis 25 nm an. Zusätzlich dazu übertrifft die Länge der Nanodrähte 76 häufig 500 nm.
Wenn die Nanopartikel getempert wurden, schreitet der Schritt des Zusammenfügens der Nanopartikel gemäß dieser Ausführungsform mit einer höheren Rate fort als der für die nicht getemperten Nanopartikel der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dies wird durch die relativ große Länge von mindestens einigen der Nanodrähte (über 500 nm) angezeigt.
13 zeigt schematisch einen Schritt zum Bilden einer Nanoröhre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein ähnlicher Prozess zu dem oben beschriebenen bereitgestellt, mit der Ausnahme, dass eine im Wesentlichen hohle Nanoröhre gebildet wird.
Gemäß dem Verfahren zur Bildung von Kohlenstoffnanodrähten, das oben beschrieben ist, wird eine Agglomeration von Kobaltcarbidnanopartikeln 86 auf einem TEM-Kupfergitter bereitgestellt. Die Nanopartikel 86 dieser Ausführungsform sind die Nanopartikel, die mit der zuvor beschriebenen Kohlelichtbogentechnik gebildet und nicht anschließend getempert wurden. Die Dichte der Nanopartikel in dem Agglomerat in dieser Ausführungsform ist jedoch geringer als eine Dichte der Nanopartikel in dem Agglomerat, das in den obigen Ausführungsformen zum Bilden von Nanodrähten verwendet wurde.
Die Nanopartikel werden dann einem Dampf unter Bedingungen zur Bildung von Nanoröhren ausgesetzt. Die Moleküle des Dampfes sind Fluorkohlenwasserstoffmoleküle, die Kohlenstoff enthalten, und sind Fluorkohlenwasserstoffabbauprodukte R₂, typischerweise mit der chemischen Formel C₂CIF₃. Das anfänglich feste Polymer, das diese Abbauprodukte R₂ bereitstellt, ist in dieser Ausführungsform Kel-F^®, wie unten detaillierter beschrieben.
Bei Bereitstellen der Bedingungen zur Bildung von Nanoröhren erreichen die Abbauprodukte R₂ die Nanopartikel 86 einschließlich des gezeigten Nanopartikels 88. Es wird angenommen, dass die Abbauprodukte R₂ mit einem Äußeren 89 der Nanopartikel 86 in Wechselwirkung treten, wie durch Pfeile in 13 angezeigt, und der weitere Abbau der Abbauprodukte R₂ durch die katalytische Wirkung der Nanopartikel 86 bewirkt wird. Der weitere Abbau der Abbauprodukte R₂ ergibt Kohlenstoff, Fluor und Chlor. Mindestens etwas Kohlenstoff der Abbauprodukte R₂, der in diesem weiterem Abbau produziert wird, wird auf dem Äußeren des einen Nanopartikels 88 abgelagert, um eine erste Ablagerung von Kohlenstoff 91 (in 14 durch die gestrichelten Linien angezeigt) zu bilden, die eine Vielzahl von Schichten aus Graphit 90 beinhaltet und mindestens einen Teil des Äußeren 89 umgibt.
14 zeigt schematisch einen weiteren Schritt des Prozesses zum Bilden der Nanoröhren. Nach der Ablage der ersten Ablagerung von Kohlenstoff 91 wird der weitere Abbau der Monomere R₂ durch die katalytische Wirkung der Nanopartikel 86 in der Nachbarschaft des einen Nanopartikels 88 bereitgestellt. Mindestens etwas weiterer Kohlenstoff der Abbauprodukte R₂, der durch den Abbau bereitgestellt wird, wird abgelagert, um eine zweite Ablagerung 92 aus Kohlenstoff (in 14 durch gestrichelte Linien angezeigt) auf der ersten Ablagerung 91 zum Bilden einer Nanoröhre 94 anzubringen. Die zweite Ablagerung 92 beinhaltet Schichten aus Graphit 90. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Nanoröhre Schichten aus Graphit. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Nanoröhre fehlerhaftes Graphit, amorphen Kohlenstoff und/oder Kohlenstofffaser umfassen.
15 zeigt schematisch als Draufsicht eine Bildung einer Vielzahl der Nanoröhren 94 gemäß dem Verfahren zum Bilden von Nanoröhren aus dieser Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass aus einer einzigen agglomerierten Masse von Nanopartikeln 86 eine Vielzahl von Nanoröhren 94 gebildet wird.
Jede Nanoröhre 94 ist im Wesentlichen linear, und im Allgemeinen ist ein Nanopartikel 88 in einer Spitze der Nanoröhre 94 verkapselt. Abgesehen von diesem einen Nanopartikel 88 an der Spitze ist eine Nanoröhrenkernregion 96 im Wesentlichen hohl. Die Nanoröhre beinhaltet eine Vielzahl von Schichten aus Graphit 90.
16 zeigt eine Abbildung der Bildung der Vielzahl von Nanoröhren 94 aus einer Draufsicht. Die Abbildung, die unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) aufgenommen wurde, weist eine Maßstabsleiste 97 auf, die den durchschnittlichen Durchmesser der Nanoröhren 94 als ungefähr 15 bis 25 nm angibt. In dieser Abbildung sind die einzelnen Nanopartikel 86 nicht leicht ersichtlich, aber die agglomerierte Masse 98, aus der die Vielzahl von Nanoröhren 94 gebildet wird, lässt sich leicht erkennen. Die Abbildung von 16 ist mit Blick nach unten auf die Oberfläche des TEM-Gitters 52, auf dem die Nanopartikel 86 dispergiert sind, aufgenommen. Nanoröhren 94 werden gesehen, die sich in zu einer Ebene der Oberfläche des TEM-Gitters 52 ungefähr parallelen Richtungen bilden. Es sei angemerkt, dass sich die Nanoröhren 94 auch in weiteren Richtungen, einschließlich einer Richtung zu dem Betrachter von 16, bilden können. 16 stellt das eine Nanopartikel 88 an der Spitze jeder Nanoröhre 94 und die Nanoröhrenkernregion 96, die im Wesentlichen hohl ist, dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es sind weitere Ausführungsformen vorgesehen.
Das metallische Material der Nanopartikel der beschriebenen Ausführungsformen ist Kobaltcarbid. Es wird alternativ vorgesehen, dass das metallische Material im Wesentlichen reines Kobaltmetall oder ein im Wesentlichen reines ferromagnetisches Metall oder eine Kohlenstofflegierung eines ferromagnetischen Metalls, ausgewählt aus der Gruppe der Metalle Nickel, Eisen, Platin und Palladium, ist. Alternativ dazu kann das metallische Material ein anderes ferromagnetisches oder nicht ferromagnetisches Metall sein. Des Weiteren kann das den Nanodraht bildende Material ein nicht metallisches Material wie etwa ein Halbleiter sein.
Zum Bilden der Nanodrähte in den beschriebenen Ausführungsformen sind die Moleküle Fluorkohlenwasserstoffabbauprodukte. Es wird alternativ vorgesehen, dass die Moleküle entweder andere halogenierte Moleküle oder andere, Kohlenstoff enthaltende Moleküle sein können.
Das Bilden der Nanoröhren, wie beschrieben, verwendet Moleküle, die Fluorkohlenwasserstoffabbauprodukte sind. Es ist vorgesehen, dass alternative halogenierte Moleküle verwendet werden können.
Die Moleküle der beschriebenen Ausführungsformen sind Abbauprodukte, die von einem Polymer bereitgestellt werden. Es ist alternativ vorgesehen, dass die Moleküle keine Abbauprodukte eines Polymers sind, sondern in einer anderen Form bereitgestellt werden können und sind, zum Beispiel als Gas oder sogar als Flüssigkeit. Es wird vorgesehen, dass weitere Verfahren zum Bilden von Nanopartikeln verwendet werden können, zum Beispiel die Verwendung einer Lichtbogentechnik in einer Flüssigkeit.
Das auf den Oberflächen der Nanopartikel abgelagerte Material ist in den beschriebenen Ausführungsformen irgendeine Form von Kohlenstoff. Es ist jedoch vorgesehen, dass andere Materialien verwendet werden können, um das die Nanodrähte umgebende Material oder das die Nanoröhren bildende Material bereitzustellen.
Alternative Ausführungsformen der Vorrichtung für das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind vorgesehen. Zum Beispiel kann das TEM-Gittersubstrat ein anderes Substrat sein und das Reaktionsgefäß und/oder die Reagenzgefäße können sich in der Spezifikation unterscheiden.
Der Temperprozess der Kobaltcarbidnanopartikel und der Nanodrähte wird anders als der beschriebene vorgesehen. Die Temperatur, der reduzierte Druck, der Zeitraum, über den der Prozess bereitgestellt wird, und, für den Nanodraht, jegliches Gas, das verwendet wird, um den Prozess zu unterstützen, werden alle als anders vorgesehen. Die Temperatur kann höher sein, zum Beispiel ungefähr 700°C.
Es wird vorgesehen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann, um Nanodrähte oder Nanoröhren durch Selbstzusammenfügungsverfahren, die zum Beispiel Elektronenlithographietechniken verwenden, zu bilden. Durch das Anordnen der Nanopartikel auf einem Substrat gemäß präzisen Stellen einer gewünschten Konfiguration des zu bildenden Nanodrahtes oder der zu bildenden Nanoröhre wird vorgesehen, dass ein Nanodraht oder eine Nanoröhre mit der gewünschten Konfiguration leicht auf dem Substrat gebildet werden kann. Eine vorgesehene Anwendung dieses Verfahrens ist das Bilden von Nanodrähten mit gewünschten Konfigurationen auf Substraten, um integrierte elektrische Nanoschaltungen oder mikroelektronische mechanische Systeme (MEMS) zu bilden.
Eine andere vorgesehene Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist bei der Produktion von Halbleiternanodrähten oder -nanoröhren. Das Polymer, das die Abbauprodukte bereitstellt, kann mit einem Dotiermaterial, zum Beispiel Bor oder Eisen, dotiert sein, so dass die Kohlenstoffschicht des Nanodrahtes oder der Nanoröhre auch das Dotiermaterial beinhaltet und Halbleitereigenschaften aufweist. Halbleiternanodrähte können verwendet werden, um Nanoschalter zu bilden, einschließlich zum Beispiel eines Spin-Feldeffekttransistors oder eines Spintronic-Schalters, die einen Fluss von Elektronen zwischen Nanodrähten in Abhängigkeit einer Spinorientierung der Elektronen erlauben oder verhindern.
Eine weitere vorgesehene Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist bei der Produktion von nanomagnetischen Komponenten auf der Basis der Nanodrähte, die eine permanente Magnetisierung entlang der longitudinalen Länge aufweisen. Dies kann die Produktion von Vertikalaufzeichnungs-Medienclustern ermöglichen.
Es versteht sich, dass jedwedes in Beziehung auf irgendeine Ausführungsform beschriebene Merkmal allein oder in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen verwendet werden kann und auch in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen irgendwelcher anderer Ausführungsformen oder jeglicher Kombination irgendwelcher anderer Ausführungsformen verwendet werden kann. Des Weiteren können Äquivalente und Abwandlungen, die obenstehend nicht beschrieben werden, ebenfalls eingesetzt werden, ohne den Bereich der Erfindung, der in den begleitenden Patentansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Ein Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes, das Folgendes beinhaltet: (a) Bereitstellen einer Anordnung von Nanopartikeln, die ein erstes Material beinhaltet; (b) Bereitstellen eines Dampfes von Molekülen; (c) Ablagern von mindestens etwas zweitem Material aus dem Fluid von Molekülen auf eine äußere Oberfläche von einem der Nanopartikel, um eine Ablagerung zu bilden, die mindestens einen Teil des Äußeren des einen Nanopartikels umgibt; und (d) Zusammenfügen von mehr von dem ersten Material aus den Nanopartikeln mit dem einen Nanopartikel, um eine längliche Konfiguration des ersten Materials in der Form eines Nanodrahtes zu produzieren.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 1, wobei das erste Material ein ferromagnetisches Material ist.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 2, wobei das ferromagnetische Material aus der Gruppe, die aus den Metallen Kobalt, Nickel, Platin, Palladium und Eisen besteht, und den Legierungen, die mindestens eines der Metalle enthalten, ausgewählt ist.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Material Kohlenstoff beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 4, wobei das Fluid von Molekülen Fluorkohlenwasserstoffmoleküle beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid von Molekülen Abbauprodukte beinhaltet, die aus einem Polymer produziert werden.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 6, wobei das Verfahren das Anwenden einer Temperatur, die ausreicht, um das Polymer abzubauen, um einen Dampf zu bilden, und nicht ausreicht, um eine Koaleszenz der Nanopartikel zu bewirken, beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 7, wobei die Temperatur unter 600°C liegt.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Temperatur über 100°C liegt.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 8 und 9, wobei die Temperatur ungefähr 375°C beträgt.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel einen Abbauprozess katalytisch unterstützen, wobei der Abbauprozess das Material bereitstellt, um die Ablagerung des zweiten Materials um das eine Partikel zu bilden.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Ablagern von mindestens etwas von dem zweiten Material zum Bilden einer Ablagerung, die die Seiten des Nanodrahtes umgibt, beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 12, wobei die Nanopartikel Kohlenstoff beinhalten und das Verfahren ferner einen Temperprozess beinhaltet, der bewirkt, dass der Kohlenstoff aus den Nanopartikeln in dem Nanodraht in das zweite Material, das den Nanodraht umgibt, migriert.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablagerung des zweiten Materials Graphit, fehlerhaften Graphit, amorphen Kohlenstoff und/oder Kohlenstofffaser beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 14, wobei die Ablagerung des zweiten Materials eine Vielzahl von Schichten aus Graphit und/oder fehlerhaftem Graphit beinhaltet.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nanodraht im Wesentlichen linear ist.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel in der Form einer agglomerierten Masse von Nanopartikeln bereitgestellt sind.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes gemäß Anspruch 17, wobei eine Vielzahl von unterschiedlichen Nanodrähten aus einer einzigen agglomerierten Masse von Nanopartikeln gebildet wird.
Ein Verfahren zum Bilden einer Nanoröhre, das Folgendes beinhaltet: (a) Bereitstellen einer Anordnung von Nanopartikeln, die ein erstes Material beinhaltet; (b) Bereitstellen eines Fluids von halogenierten Molekülen; (c) Ablagern von mindestens etwas zweitem Material aus den halogenierten Molekülen auf eine äußere Oberfläche von einem der Nanopartikel, um eine erste Ablagerung des zweiten Materials zu bilden, die mindestens einen Teil des Äußeren des einen Nanopartikels umgibt; und (d) Ablagern von mindestens etwas weiterem zweitem Material aus den halogenierten Molekülen, um eine zweite Ablagerung des zweiten Materials auf der ersten Ablagerung anzubringen, um eine Anordnung von Ablagerungen in der Form einer Nanoröhre zu produzieren.
Verfahren zum Bilden einer Nanoröhre gemäß Anspruch 19, wobei das Fluid von halogenierten Molekülen Abbauprodukte beinhaltet, die aus einem Polymer produziert werden.
Verfahren zum Bilden eines Nanodrahtes, im Wesentlichen wie hier zuvor beschrieben.
Verfahren zum Bilden einer Nanoröhre, im Wesentlichen wie hier zuvor beschrieben.