JP2009518261A - ナノチューブ集合体 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2005年12月2日に出願されたMirkin et al.の米国特許仮出願第60/741,837号の優先権を主張し、同出願は、参照により本明細書に組み入れられる。
本明細書において記載する研究は、空軍科学研究所助成金番号第AFOSR MURI F-49620-00-1-0283号、米国国防高等研究事業局助成金番号第DARPAMdesensor F49620-01-1-0401号、国立衛生研究所助成金番号第NIH 1DP1OD000285-01号、および米国国立科学財団助成金番号第NSF-NSEC EEC-0118025号の助成金を受けて連邦政府の研究補助金を利用してなされたものである。連邦政府は、本特許の一定の権利を有する。
単層カーボンナノチューブ(SWNT)に対して、超小型電子デバイス・センシングデバイスから多機能材料まで商業的に幅広い応用が期待されている(1)。いくつかの例として、電界効果トランジスタ(2)、電界放出ディスプレイ(7)、および化学センサ(3、6)が挙げられる。ナノチューブ材料の統合は、マイクロメートルからナノメートルの長さスケールでのデバイスの状況において、ナノチューブコンポーネントの配置、配向、および形状を制御する能力に依存する。広い面積にわたった位置制御が重要である。意図した応用に応じて、個々のチューブ(3、4)、小束(5)、または薄膜(6、8、9)などのSWNTのパターン化が望まれる。SWNTは、ナノテクノロジーの構成要素の1つにすぎず、他の例として、一般に、ナノチューブおよびナノワイヤが含まれる。
種々の態様、とりわけ、物品、物品の製造方法、物品の使用方法、および組成物を含む態様が提供される。
序説
Mirkin et al.の2005年12月2日に出願された米国特許仮出願第60/741,837号の内容全体、およびWang et al.,PNAS,vol. 103,no. 7,2026-2031の内容全体は、補足書類を含め、図面および実施例を含めて、参照により本明細書に組み入れられる。
表面は、第1および第2の領域、第1および第2の領域間の界面、およびカーボンナノチューブ吸着を与え得るものである限り、特に限定されない。一般には、平坦な表面が使用され得る。表面は、1つのエリアでは概して平坦であるが、他のエリアでは凹凸があるものであってもよい。表面は、概して滑らかであり、実質的に粗いエリアがないものであり得る。表面は、固体表面であり得、例えば、表面は、基板の表面であり得る。表面は、モノリシックであるか、または一連の層状材料などの複数材料を含む基板から形成され得、または改質表面であってもよい。基板は、金属またはセラミックまたは無機基板であり得る。基板は、有機テール基、非反応性テール基、または反応性官能テール基を与えるものを含む自己組織化単分子膜を含む表面コーティングを有するように適応され得る。表面コーティングは、低分子量および高分子量コーティングを含む有機材料であり得る。特に、固体基板表面が、自己組織化単分子膜で改質され得る。無機または金属基板が、有機表面層で改質され得る。例えば、Mirkin et al.の米国特許第6,827,979号に記載されているように、DPNプリンティングで使用する表面および基板を使用することもでき、同特許は、参照により本明細書に組み入れられる。
第1の表面領域は、外側境界を含み得る。第1の表面領域は、カーボンナノチューブ吸着用に適応され得る。吸着タイプは、特に限定されておらず、ナノチューブが表面機能化されているかによって影響を受け得る。物理吸着または化学吸着が使用され得る。ファンデルワールス相互作用に基づいた吸着が使用され得る。
第2の領域は、基板表面に、疎水基または疎水性官能基を含むことによって、本質的に疎水性であり得る。第2の領域は、非極性官能基を含み得る。表面は、非溶媒湿潤および高角の水接触角(例えば、90°より大きい)を与え得る。特に、第2の領域は、基板表面でアルキル官能基を含み得る。別の例は、全フッ素置換化合物および部分フッ素置換化合物を含むフッ素置換化合物である。混合物が使用され得る。
第1および第2の領域は、界面の形状およびパターンも含め、種々の形状およびパターンが形成されるように形成され得る。形状は、完全な形状またはくりぬいた形状のいずれかであり得る。例えば、第1の領域として、完全なドットを形成することもできるし、第1の領域がリングとなるように、ドットの中をくりぬくこともできる。形状は、円や線のような対称形状、または非対称形状であり得る。第1の領域は、周りを囲まれた外周部を有するように形成され得る。周期的な形状およびパターンも作成され得る。第1の表面領域は、ドット、リング、直線、または曲線構造を含み得る。
第1および第2の領域は、第1および第2の領域間に界面が存在するように互いに隣り合わせに配置される。特に、第1の表面領域は、外側境界を含み、第2の領域は、第1の領域の外側境界と界面を形成する。実際には、界面を検査するために用いる解析方法に応じて、界面が、完全なものではないこともあり、界面領域が決定され得るが、一般に、界面は明確でクリーンな状態である。
カーボンナノチューブに関しては、例えば、(1)Ajayan, P.M., Nanotubes from Carbon, Chemical Review, 1999, 99(7), p. 1787-1800、および(2) Dai, H.J., Carbon Nanotubes, Opportunities and Challenges, Surface Science, 2002, 500 (1-3), p. 218-241、および(3) Baughman et al, Science, 297, 787を含む当技術分野において公知である。さらに、カーボンナノチューブは、パターン化された触媒からCVDによってカーボンナノチューブを調製する方法を含む、Marc J. MadouのFundamentals of Microfabrication, The Science of Miniaturization, 2nd Ed., pages 454-455に記載されている。このMadouの文献では、マイクロリソグラフィおよびナノリソグラフィに関して、さらには、AFMおよびSTMプローブの先端でのカーボンナノチューブの使用に関して記載されている。カーボンナノチューブはまた、Carbon Nanotubes, Dresselhaus et al., Springer-Verlag, 2000の文献にも記載されている。また、Special-Section, 「Carbon Nanotubes」 Physics World, vol. 13, pp. 29-53, 2000も参照されたい。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、多層カーボンナノチューブ(MWNT)、ナノホーン、ナノファイバ、またはナノチューブであり得る。これらは、ナノチューブの形態に応じて、導電性または半導電性のものであり得る。これらは、開いたもの、閉じたものであり得、さまざまな種類のらせん構造を有し得る。これらは、ジグザグ型およびアームチェア型のものであり得、キラル型を変更する可変勾配を有し得る。Yodh et al.の米国特許出願公開第20060115640号に、さらなる記載がなされている。
少なくとも1つのカーボンナノチューブが、界面で、少なくとも部分的に選択的に吸着される。実験パラメータは、必要であれば、例えば、実施例において記載され、モデリングで記述されるように、カーボンナノチューブが、界面で少なくとも部分的に選択的に吸着されるように適応され得る。長いナノチューブの一部分しか界面では必要ないが、いずれにしても、界面でのナノチューブの量は、ナノチューブのランダム分布が、第1の領域上に存在したときよりも多い。例えば、カーボンナノチューブの長さの少なくとも10%、または少なくとも20%、または少なくとも30%が、界面に配置され得る。一般に、これは、使用するカーボンナノチューブの長さが、カーボンナノチューブが吸収する特徴サイズよりも長い場合に生じる。
他の例として、炭素系に限定されるわけではない無機系を含むナノワイヤおよびナノチューブが含まれる。例えば、金属性(例えば、Ni、Pt、Au)、半導電性(例えば、InP、Si、GaN、ZnSe、CdSなど)、および絶縁性(例えば、SiO2、TiO2)を含む異なるタイプのナノワイヤが存在し、使用され得る。ナノワイヤは、シリコンナノワイヤ、金またはニッケルを含む金属ナノワイヤ、および金属酸化物ナノワイヤであり得る。ナノワイヤの形成に有用な他の材料は、II〜VI族半導体材料を含む半導体材料を含む。分子ナノワイヤは、有機(例えば、DNA)または無機(例えば、Mo6S9-xIx)のいずれかの反復分子単位で構成される。500以上、1,000以上、または5,000以上のアスペクト比を有する高アスペクト比のナノチューブおよびナノワイヤが使用され得る。これらの高アスペクト比構造は、開いたものでも閉じたものでもあり得、または、開いているが、異なる材料が充填されたものでもあり得、ワイヤ、ロッド、チューブ、ファイバなどと呼ばれる。ナノワイヤに関しては、例えば、Hong、Seunghunによる「Depositing Nanowires on a Substrate」という発明の名称の米国特許出願公開第2004/0166233号に記載されており、同出願の内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
別の態様は、本明細書において記載する物品の製造方法である。例えば、最初の工程は、少なくとも2つの異なる表面領域、すなわち、外側境界を含み、カーボンナノチューブ吸着に適応される第1の表面領域と、カーボンナノチューブ吸着を防止するために適応され得る第2の表面領域を含む固体表面を提供する工程であり得る。第2の領域は、第1の領域の外側境界と界面を形成し得る。
カーボンナノチューブを使用する応用および方法は、例えば、伝導性および高強度複合体、膜、トランジスタ、電界効果トランジスタ、エネルギー貯蔵およびエネルギー変換デバイス、センサ、電界放出ディスプレイおよび放射源、水素貯蔵媒体、ナノメートルサイズの半導体デバイス、プローブ、および相互接続を含む。また、背景技術のセクションには、応用とともに、本明細書において引用した参考文献が記載されている。
必要に応じて、表面領域、カーボンナノチューブ、および溶媒間の相互作用がモデリングされ得る。しかしながら、さまざまな態様において主張する本発明は、理論に制限されるものではない。
ディップペンナノリソグラフィ(DPN)プリンティングによってパターン化された金基板の親水性部分にSWNTが引き付けられ、さらに詳しく言えば、16-メルカプトヘキサデカン酸(MHA)および1-オクタデカンチオール(ODT)のそれぞれからなる親水性および疎水性SAM特徴の間の境界にSWNTが引き付けられた。このプロセスでは、カルボキシル酸末端の特徴の輸送媒体として溶媒を使用し、マイクロコンタクトプリンティング(30)およびパラレルDPNプリンティング(31)を使用することによって、大面積にわたったものを含む、ミクロン〜100nm以下の長さスケール上で、SWNTの操作および集合(整列、位置決め、形成、および結合)が制御できる。
(数1) X-ESWNT/COOH-SAM+(1-X)ESWNT/CH3-SAM≦ESWNT/solvent [1]
材料
MHA(90%)、ODT(98%)、MUO(97%)、1,2-ジクロロベンゼン(99%)、およびエタノール(200プルーフ、HPLCグレード)は、Sigma-Aldrich社から購入した。AUT(99%)は、日本の熊本県にある同仁化学研究所から購入した。Ti(99.7%)およびAu(99.99%)ワイヤは、マサチューセッツ州ワードヒルにあるAlfa Aesar社から購入した。PEG-SMは、(44)に記載されたように調製した。
100μmスキャナおよび閉ループの走査制御が装備された原子間力顕微鏡(CP-III、Veeco/Thermomicroscopes、Sunnyvale、CA)、および市販のリソグラフィソフトウェア(DPNWRITE、DPN System-1、NanoInk、Chicago)を用いて、DPNプリンティング(28、29)の実験を行った。ばね定数が0.05N/mである金でコーティングした市販のAFMカンチレバー(鋭端、Si3N4、タイプA、NanoInk)を、パターン化および後続のイメージングに使用した。すべてのDPNパターン化実験を、周囲条件(≒30%相対湿度、20〜24℃)の下で行った。インク溶液(例えば、アセトニトリルにMHAの飽和溶液)に先端部を20秒間浸漬した後、N2で乾かす。所望のパターンの形態で表面上に先端部を横断させることによって、金の薄いフィルム上にMHA特徴を発生させた。SiOx上に10nmのTiを熱蒸発させ、1Å/sの速度および≦1×10-6トルの基準圧力で、30nmのAuを熱蒸発させることによって、多結晶Auフィルムを準備した。
(30)に記載されたものと同様のプロセスで、スタンプを作製した。スタンプは、綿棒でスタンプの表面上に液滴をそっと伸ばすことによって、5mMの全アルカンチオール溶液で「インク付け」した。スタンプが乾いた後、スタンプを(手で)10秒間きれいなAuの薄いフィルムと接触させることによって、表面上にパターン化構造を発生させた。次いで、基板をエタノールでリンスし、N2で乾燥させた。あるいは、10分間、1mMエタノール溶液に基板を浸漬させた後、交互にエタノールおよび水(Barnstead Nanopure Water Purification System)で多量にリンスすることによって、DPNまたはμCPによってパターン化された分子特徴を取り囲む領域を、アルカンチオール分子(例えば、ODT)の単分子膜でパッシベーションした。最後に、基板をN2で乾燥した。
対応する分子の1mMエタノール溶液に1時間基板を浸漬した後、エタノールでリンスしてN2で乾燥させることによって、Auの薄いフィルム上にアルカンチオール分子のSAMを準備した。静的接触角度は、半角技術(Tantec、Schaumberg、IL)を用いて測定した。
DPNパターン化、μCPパターン化、または単分子膜ベース基板に、5〜20mg/リットルのSWNTを含有する1,2-ジクロロベンゼンの液滴を追加した。次いで、基板を前後に5〜10°傾けて、パターン化されたエリアを通るように液滴をゆっくり5回転させた。引き続き、非特異的結合を最小限に抑えるために、クリーンな1,2-ジクロロベンゼンで、基板をそっとリンスした後、空気で乾燥した。
タッピングモードAFMイメージは、NanoMan AFMシステム(Dimension 3100、Veeco Instruments、Woodbury、NY)を用いて撮像した。ラマンイメージは、ラマン共焦点顕微鏡(WiTec Instruments、Ulm、Germany)を用いて、633nm励起線で獲得した。
モンテカルロ計算では、分子SAMに最初の3つの炭素基しか考慮に入れず、すなわち、CH3CH2COOHおよびCH3CH2CH3を用いて、MHAおよびODTをそれぞれ表した。アルキル鎖の残りが埋め込まれており、-CH3基とSWNTとの間のファンデルワールス相互作用への寄与が無視できるため、このような簡略化は妥当である。各SAMは、六角形アレイに961個の分子の集団から構成され、13×11nmの全シミュレーションエリアが得られる。これらの分子SAMの最適化された幾何学的形状は、COOH-およびCH3-SAMのそれぞれの平均分子間距離が、5.0および4.5Åである。これらの値は、実験値と良好に合致する(46、47)。これらの分子SAMの最適化された幾何学的形状および1,221個の炭素原子からなる10nm長さの[9,6]SWNTを使用して、それらの相互作用エネルギーを計算した。SAM/SWNT相互作用に一貫した方法で、ナノチューブと溶媒との間の相互作用をモデリングするために、9,948個の1,2-ジクロロベンゼン分子からなる13nm液滴を最初に最適化し、半分にスライスした。このプロセスにより、SAMの表面とサイズが同等の平坦な表面が生じる。次いで、SWNTは、この表面上に置かれ、SAM、溶媒表面、およびナノチューブが剛体として処理され、すなわち、ナノチューブの移動および回転のみが可能であるという制約の下で、エネルギーが最小限に抑えられる。ナノチューブと溶媒との間に得られる相互作用エネルギーは、ナノチューブとSAMとの間のもので得られたものと比較され得る。ナノチューブとその周囲のものとの間の全相互作用は、溶媒とSWNTの露出部分との間の相互作用も含むものでなければならないことは言うまでもない。このナノチューブ/露出溶媒の相互作用エネルギーは、すべての3つの表面に対して同じものであり、著しく多い計算量が要求されるため、これまでモンテカルロシミュレーションからは省略されていた。
Claims (40)
- 外側境界を含み、カーボンナノチューブ吸着に適応される第1の表面領域と、
カーボンナノチューブ吸着を防止するために適応され、第1の領域の外側境界と界面を形成する第2の表面領域とを含む、
少なくとも2つの異なる表面領域を含む固体表面と、
界面で少なくとも部分的に選択的に吸着される少なくとも1つのカーボンナノチューブとを含む、
物品。 - 第1の領域が親水基を含む、請求項1記載の物品。
- 第1の領域がカルボキシル基を含む、請求項1記載の物品。
- 第2の領域が疎水基を含む、請求項1記載の物品。
- 第2の領域がアルキル基を含む、請求項1記載の物品。
- 第1の領域が親水基を含み、第2の領域が疎水基を含む、請求項1記載の物品。
- 第1の領域がカルボキシル基を含み、第2の領域がアルキル基を含む、請求項1記載の物品。
- 複数の第1の表面領域、および複数の第2の表面領域、および複数の界面を含む、請求項1記載の物品。
- 第1の表面領域が、ドット、リング、線、または曲線構造を含む、請求項1記載の物品。
- 周期的アレイを形成する複数の第1の表面領域を含む、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが、多層、二層、または単層カーボンナノチューブである、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである、請求項1記載の物品。
- 少なくとも0.4ミクロンの平均長さを有する複数のカーボンナノチューブが吸着される、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが約10nm〜約50nmの長さを有する、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが弧または円を形成する、請求項1記載の物品。
- 第1の表面領域が約1ミクロン以下の直径を有するドットである、請求項1記載の物品。
- 第1の領域が、ドット直径を有するドットと、リング直径を有するリングを形成し、ナノチューブの長さが該直径より長い、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが外側境界より長い、請求項1記載の物品。
- カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである、請求項6記載の物品。
- カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブであり、複数のカーボンナノチューブが界面で選択的に吸着され、共に結合される、請求項7記載の物品。
- 外側境界を含み、カーボンナノチューブ吸着に適応される第1の表面領域と、
カーボンナノチューブ吸着を防止するために適応され、第1の領域の外側境界と界面を形成する第2の表面領域とを含む、
少なくとも2つの異なる表面領域を含む固体表面を提供する工程と、
少なくとも1つの液体溶媒に複数のカーボンナノチューブを含む液体組成物を提供する工程と、
少なくとも1つのカーボンナノチューブが表面に吸着するように、該固体表面上に該液体組成物を配置する工程と、
該少なくとも1つの液体溶媒を除去する工程とを含み、
該少なくとも1つのカーボンナノチューブが、該界面で少なくとも部分的に選択的に吸着される、方法。 - カーボンナノチューブが、多層、二層、または単層カーボンナノチューブである、請求項21記載の方法。
- カーボンナノチューブが個々のナノチューブから連続ロープとして集合する、請求項21記載の方法。
- 第1の領域が親水基を含み、第2の領域が疎水基を含む、請求項21記載の方法。
- 配置工程が平坦な細いノズルを使用して実行される、請求項21記載の方法。
- 第1または第2の領域が、先端部から基板上にパターン化化合物を沈着させることによって形成される、請求項21記載の方法。
- 先端部がナノスケール先端部である、請求項26記載の方法。
- 先端部が原子間力顕微鏡の先端部である、請求項26記載の方法。
- 先端部が中空の先端部である、請求項26記載の方法。
- 先端部が該先端部の中間を流れるマイクロ流体チャネルを含む、請求項26記載の方法。
- 外側境界を含み、ナノチューブまたはナノワイヤ吸着に適応される第1の表面領域と、
ナノチューブまたはナノワイヤ吸着を防止するために適応され、第1の領域の外側境界と界面を形成する第2の表面領域とを含む、
少なくとも2つの異なる表面領域を含む固体表面と、
該界面で少なくとも部分的に選択的に吸着されるように、第1の表面領域のサイズおよび形状に対して十分に長い少なくとも1つのナノワイヤまたはナノチューブとを含む、
物品。 - 外側境界が円形である、請求項31記載の物品。
- ナノワイヤまたはナノチューブがリングを形成する、請求項31記載の物品。
- 外側境界が円形であり、ナノワイヤまたはナノチューブがリングを形成する、請求項31記載の物品。
- 第1の領域がリングまたは円形ドットを含む、請求項31記載の物品。
- ナノワイヤがシリコンナノワイヤであり、ナノチューブが、多層、二層、または単層カーボンナノチューブであるカーボンナノチューブである、請求項31記載の物品。
- 約10nm以下のフィルム高さを有する薄いフィルムである、請求項31記載の物品。
- ろ過膜である、請求項31記載の物品。
- 第1の領域または第2の領域が約100nm以下である横寸法を有する、請求項31記載の物品。
- 少なくとも5×107/cm2のナノチューブまたはナノワイヤ実装密度を提供する、請求項31記載の物品。
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Citations (1)
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JPN6013016779; SHIMODA,H. et al: 'Self-Assembly of Carbon Nanotubes' Advanced Materials Vol.14, No.12, 20020618, p.899-901 * |
JPN6013016780; MATEIU,R. et al: 'Building a multi-walled carbon nanotube-based mass sensor with the atomic force microscope' Ultramicroscopy Vol.105, 2005, P.233-237 * |
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