JP2019127434A - 懸架する二次元ナノ材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】懸架する二次元ナノ材料の製造方法の提供。
【解決手段】Ｓ１：第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２を形成する。Ｓ２：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で二次元ナノ材料層１０２を覆う。Ｓ３：腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、洗浄液に置き、洗浄する。Ｓ４：少なくとも一つのスルーホール１０５を有するターゲット基板１０４を提供し、洗浄液から複合構造体を掬い上げ、二次元ナノ材料層１０２をターゲット基板１０４と接合させ、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホール１０５を覆う。Ｓ５：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写されてスルーホール１０５の位置に懸架される。
【選択図】図１
【解決手段】Ｓ１：第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２を形成する。Ｓ２：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で二次元ナノ材料層１０２を覆う。Ｓ３：腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、洗浄液に置き、洗浄する。Ｓ４：少なくとも一つのスルーホール１０５を有するターゲット基板１０４を提供し、洗浄液から複合構造体を掬い上げ、二次元ナノ材料層１０２をターゲット基板１０４と接合させ、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホール１０５を覆う。Ｓ５：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写されてスルーホール１０５の位置に懸架される。
【選択図】図１
Description
本発明は、材料製造の領域に関し、特に、懸架する二次元ナノ材料の製造方法に関する。
グラフェン、窒化ホウ素、二硫化モリブデンなどの二次元ナノ材料は、優れた特性を有するので、化学、材料科学及び物理学において、ホットスポットとなり、情報技術、半導体、生物センサー、エネルギー及び環境の領域で、広く応用される。懸架する二次元ナノ材料の製造方法は、相関する領域の技術人員の研究の重点である。
現在、懸架する二次元ナノ材料の製造方法は、主に転写方法及びエッチング方法がある。転写方法は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高分子のポリマーを転写媒体として、二次元ナノ材料をスルーホールを有する基板に転写し、懸架する機能区域を形成する。エッチング方法は、二次元ナノ材料の生長基板をエッチングし、スルーホールを形成して、二次元ナノ材料を転写する必要はない。
しかしながら、転写方法は、二次元ナノ材料と高分子のポリマーとが強く作用力を有するので、高分子のポリマーを除去する時に、二次元ナノ材料の表面にテープが残られ、残られたテープは、二次元ナノ材料の性能に与える影響が大きくなり、且つ高分子のポリマーを除去する時に、二次元ナノ材料に損傷を受けやすい。エッチング方法が生じた化学汚染は、二次元ナノ材料の使用性能に影響を与える。
このような課題を解決するため、きれいで、汚染がなく、二次元ナノ材料が損傷し難い懸架する二次元ナノ材料の製造方法を提供する必要がある。
懸架する二次元ナノ材料の製造方法は、第一基板を提供して、前記第一基板の表面に二次元ナノ材料層が形成されるステップと、カーボンナノチューブフィルム構造体で前記二次元ナノ材料層を覆うステップと、腐食溶液で前記第一基板を除去し、前記二次元ナノ材料層及び前記カーボンナノチューブフィルム構造体からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄するステップと、少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板を提供し、前記ターゲット基板を利用し、洗浄液から前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板と接合させ、前記ターゲット基板の少なくとも一つのスルーホールを覆わせるステップと、前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップと、を含む。
前記カーボンナノチューブフィルム構造体は、自立構造であり、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなって、前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブの配列方向が前記カーボンナノチューブフィルムの表面に基本的に平行であり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差し、角度αを形成して、角度αが０°より大きく、且つ９０°以下である。
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップは、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の前記ターゲット基板から離れた表面に、高分子のポリマーフィルムを形成するステップ（１）と、前記高分子のポリマーフィルムを加熱し、該高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度を高くするステップ（２）と、前記高分子のポリマーフィルムを引き剥がして、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が前記高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるステップ（３）と、を含む。
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップは、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ピンセットのような工具で、前記カーボンナノチューブフィルム構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がすステップ（Ａ）と、少なくとも一つのリスト構造を提供して、該リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、前記リスト構造を前記二次元ナノ材料層のある区域の側部に置き、且つ前記リスト構造の長手方向を前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にするステップ（Ｂ）と、前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記リスト構造を引き剥がし、前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが前記リスト構造の引き剥がされたことにつれて、除去されるステップ（Ｃ）と、を含む。
従来技術と比べて、本発明は、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板に転写することによって、製造された二次元ナノ材料は、きれいで、汚染がなく、ほとんど損傷を受けず、完全性が高い。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明は、懸架する二次元ナノ材料の製造方法を提供する。懸架する二次元ナノ材料の製造方法は、以下のステップＳ１〜Ｓ５を含む。
Ｓ１：第一基板１０１を提供して、第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２が形成される。
Ｓ２：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で二次元ナノ材料層１０２を覆う。
Ｓ３：腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄する。
Ｓ４：少なくとも一つのスルーホール１０５を有するターゲット基板１０４を提供し、ターゲット基板１０４を利用し、洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、二次元ナノ材料層１０２をターゲット基板１０４と接合させ、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホール１０５を覆わせる。
Ｓ５：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写されてスルーホール１０５の位置に懸架される。
以下、ステップＳ１〜Ｓ５について詳細に説明する。
ステップＳ１では、第一基板１０１を提供し、第一基板１０１の表面に二次元ナノ材料層１０２が形成される。
第一基板１０１は、二次元ナノ材料が生長し存在するキャリアーである。第一基板１０１は、それ自体が一定の安定性を有する。第一基板１０１は、化学的方法又は物理的方法によって除去されることができる。第一基板１０１は、様々な用途に応じて半導体材料又は金属材料などを選択することができる。具体的には、第一基板１０１は、シリコンシート、銅箔、ニッケル箔又は銅とニッケルからなる合金である。
二次元ナノ材料層１０２は、化学気相成長法によって第一基板１０１の表面に形成することができる。二次元ナノ材料層１０２の材料は、グラフェン、窒化ホウ素、硫化モリブデン又は他の二次元材料である。二次元ナノ材料層１０２の層数は限定されず、一層、二層又は多層である。
本実施例において、第一基板１０１は銅箔である。二次元ナノ材料層は、化学気相成長法によって、銅箔の表面に直接生長された単層グラフェンである。図２は、銅箔の表面に生長された単層グラフェンの光学顕微鏡写真である。
ステップＳ２では、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３で第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成された表面を覆う。
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、自立構造である。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなる。理解できることは、カーボンナノチューブフィルムの層数が多ければ、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の光透過率が弱く、透明度が弱いことである。好ましくは、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、積層して設置された二層のカーボンナノチューブフィルムからなる。カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブの配列方向は、カーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差して、角度αを形成する。角度αは、０°より大きく、且つ９０°以下である。
カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して獲得される。具体的な方法は下記のステップを含む。
まず、生長基板に生長されたカーボンナノチューブアレイを提供する。カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイである。
カーボンナノチューブアレイは、化学気相堆積法を採用して製造される。カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、生長基板に垂直に生長された複数のカーボンナノチューブからなる。隣接するカーボンナノチューブは、互いに接触して、分子間力で接続される。生長の条件を制御することによって、カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボンや、残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。従って、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出すことに適する。
次に、ピンセットなどの工具を利用して、超配列カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブを引き出して、カーボンナノチューブフィルムを獲得する。具体的な方法は下記の通りである。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。引き出す方向は、カーボンナノチューブアレイの生長方向と基本的に垂直である。
複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、複数のカーボンナノチューブセグメントが、引張り力のもとで、引き出す方向に沿って、生長基板から脱離するとともに、分子間力のもとで、選択されたカーボンナノチューブセグメントと他のカーボンナノチューブセグメントとが端と端で接合され、連続に引き出され、連続的なカーボンナノチューブフィルムが形成される。カーボンナノチューブフィルムは、自立構造である。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。カーボンナノチューブフィルムは、基本的に同一方向に沿って配列され、分子間力で端と端とが接続されている複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは、引き出す方向に沿って配列され、カーボンナノチューブフィルムの表面と平行である。
カーボンナノチューブフィルムが引き出された後、複数のカーボンナノチューブフィルムを積層して設置させ、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを交差させ、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を形成する。具体的な方法は、下記の通りである。フレームを提供し、一つのカーボンナノチューブフィルムに、一つの方向に沿って、フレームを覆わせる。別の一つのカーボンナノチューブフィルムに、別の一つの方向に沿って、先にフレームを覆わせたカーボンナノチューブフィルムの表面を覆わせる。フレームに複数のカーボンナノチューブフィルムを繰り返して敷設して、カーボンナノチューブフィルム構造体を形成する。複数のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブを異なる方向に沿って敷設してもよく、二つの交差方向だけに沿って敷設してもよい。
カーボンナノチューブフィルムは、大きな比表面積を有するので、大きな接着性を有する。従って、多層のカーボンナノチューブフィルムが分子間力によって緊密に接合して、安定のカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を形成できる。
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、第一基板１０１の二次元ナノ材料層１０２が形成された表面を覆う。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、分子間力によって、二次元ナノ材料層１０２にしっかりと接着して、第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を形成する。更に、有機溶媒で第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を処理して、有機溶媒が揮発すると形成された表面張力によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２との間の結合力を増加する。
有機溶媒で第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を処理する方法は、下記の通りである。有機溶媒を第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体におけるカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の表面に滴下し、且つカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を浸漬する。或いは、第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を有機溶媒の中に浸漬する。有機溶媒は、常温で揮発しやすい有機溶媒であり、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルム又はそれらの任意の組み合わせである。
第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体が有機溶媒に処理された後、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２が分子間力及び表面張力によって、緊密に接合する。
本実施例において、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、積層して設置された二層のカーボンナノチューブフィルムからなる。カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブを含む。複数のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列される。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが交差して形成された角度は９０°である。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が銅箔のグラフェンが形成された表面を覆った後、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が覆われた銅箔の表面にアルコールを滴下して、アルコールの揮発により形成された表面張力によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３とグラフェンとの間の結合力を増加する。図３は、カーボンナノチューブフィルム構造体で銅箔のグラフェンが生長された表面を覆う光学顕微鏡写真である。図３から、カーボンナノチューブフィルム構造体が透明性を有するので、カーボンナノチューブフィルム構造体を通して、グラフェンの位置をはっきりと観察できることが分かる。
ステップＳ３では、腐食溶液で第一基板１０１を除去し、二次元ナノ材料層１０２及びカーボンナノチューブフィルム構造体１０３からなる二次元ナノ材料層１０２／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄する。
第一基板／二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を、腐食溶液の中に置き、第一基板１０１を腐食溶液と反応させ、第一基板１０１が完全に腐食するまで反応させる。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、それ自体が疎水性を有するので、腐食溶液の表面に漂い、沈まない。二次元ナノ材料層１０２は、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３との分子間力によって、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の下表面にしっかりと付く。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、それ自体が自立作用を有するので、二次元ナノ材料層の安定なキャリアーとなる。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、二次元ナノ材料層１０２を破壊せず、或いは二次元ナノ材料層１０２の破壊を低減できる。
腐食溶液は、第一基板１０１を腐食することに用いられる。腐食溶液は、第一基板１０１の材料によって異なる腐食溶液を選択する。腐食溶液は、酸性溶液、アルカリ性溶液、又は塩化第二鉄溶液、過硫酸アンモニウム溶液、水酸化カリウム溶液などの塩溶液である。理解できることは、第一基板１０１を腐食する時間が、第一基板１０１の大きさ、厚さ及び腐食液の濃度、種類によって、異なることである。本実施例において、腐食溶液は、濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌである過硫酸アンモニウム溶液であり、腐食時間が２時間〜３時間である。
第一基板１０１が完全に腐食した後、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３と二次元ナノ材料層１０２が二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を形成する。更に、二次元ナノ材料層の表面に残された不純物を除去するために、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄する。具体的な方法は、下記の通りである。スライドで腐食溶液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、スライドによって、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造を洗浄液の表面に移動して、何度も繰り返して洗い、残された不純物を除去する。洗浄液は酸性溶液又は超純水である。本実施例では、洗浄液は超純水である。
ステップＳ４では、少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板１０４を提供して、ターゲット基板１０４で洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、二次元ナノ材料層１０２をターゲット基板１０４と接合させ、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホール１０５を覆う。
ターゲット基板１０４は、二次元ナノ材料層１０２を支持することに用いられる。ターゲット基板１０４の材料は、限定されない。ターゲット基板１０４の材料は、例えば、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、銅などの金属材料であってもよく、例えば、シリコン、窒化ガリウム、ガリウム砒素などの半導体材料であってもよく、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁材料であってもよい。ターゲット基板１０４の長さ、幅、厚さは限定されず、用途に応じて調整することができる。ターゲット基板１０４の表面は、平面又は曲面である。
ターゲット基板１０４のスルーホール１０５は、エッチング方法により形成される。スルーホール１０５の直径は、０．１ミクロン〜１００ミクロンである。好ましくは、スルーホール１０５の直径が０．５ミクロン〜５０ミクロンであるとよい。スルーホール１０５の断面形状は、円形、四角形、六角形、八角形又は楕円形などである。ターゲット基板１０４が複数のスルーホール１０５を有する時に、複数のスルーホール１０５の形状及び配列方式は限定されず、隣接するスルーホール間の距離は、等しくても等しくなくてもよい。好ましくは、複数のスルーホール１０５がターゲット基板１０４に均一的に分布している。
ターゲット基板１０４を洗浄液の中に挿入する。洗浄液では、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホールを二次元ナノ材料１０２に合わせて、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体をゆっくりと掬い上げる。掬い上げる過程において、ターゲット基板１０４と二次元ナノ材料層１０２が接合して、ターゲット基板１０４及びターゲット基板１０４の表面に位置した二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を乾燥して、ターゲット基板１０４を二次元ナノ材料層１０２と緊密に接着させる。
本実施例において、ターゲット基板１０４で洗浄液から二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げる過程において、二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体がターゲット基板１０４の表面に転写される。従って、二次元ナノ材料層１０２の表面の皺及びひび割れを減少することができ、且つ二次元ナノ材料層１０２とターゲット基板１０４との間の結合力を高めることができる。
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、複数の微細孔を有するので、光線が透過でき、透明度が高い。立体顕微鏡下で、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を通して、二次元ナノ材料層１０２の位置を観察することができる。ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホールを、洗浄液の中で二次元ナノ材料層１０２のある位置にあらかじめ合わせて、二次元ナノ材料層１０２／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げる。これにより、二次元ナノ材料層１０２は、ターゲット基板１０４の少なくとも一つのスルーホールを覆うことができる。従って、二次元ナノ材料層１０２の指定位置転写を実現することができる。これは、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を転写する利点の一つである。
本実施例において、ターゲット基板１０４は、多孔質窒化ケイ素基板である。多孔質窒化ケイ素基板の表面は、平面である。多孔質窒化ケイ素基板の厚さは１００ナノメートルである。多孔質窒化ケイ素基板は、複数のスルーホールを有する。スルーホールの直径は２マイクロメートルである。
具体的には、多孔質窒化ケイ素基板がシリコンシートの表面に設置される。シリコンシートは多孔質窒化ケイ素基板を支持し、保護することに用いられる。シリコンシートは窓を有する。多孔質窒化ケイ素基板の複数のスルーホールを有する部分はシリコンシートの窓に設置される。即ち、多孔質窒化ケイ素基板の複数のスルーホールを有する部分がシリコンシートの窓に懸架されている。シリコンシートの厚さが１００マイクロメートル〜５００マイクロメートルであり、窓のサイズが５０マイクロメートル〜３００マイクロメートルである。
ステップＳ５では、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去し、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に転写されてスルーホール１０５の位置に懸架される。二次元ナノ材料層１０２がスルーホール１０５の位置に懸架されることは、二次元ナノ材料層１０２がスルーホール１０５の位置上に浮いてスルーホール１０５を覆っていることを含む。
カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法は限定されない。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を完全に除去できればよい。
本発明は、二種のカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法を提供する。
第一種の方法は、高分子のポリマーフィルムを用いて、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３を除去する方法である。即ち、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３のターゲット基板１０４から離れた表面に高分子のポリマーフィルムを形成して、高分子のポリマーフィルムを加熱処理又は照射処理した後、高分子のポリマーフィルムを引き剥がす。高分子のポリマーフィルムの引き剥がしにつれて、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が除去される。具体的な方法は、下記のステップを含む。
ステップ（１）：カーボンナノチューブフィルム構造体１０３のターゲット基板１０４から離れた表面に、高分子のポリマーフィルムを形成する。
高分子のポリマーフィルムは、所定の温度に加熱される時に架橋度が高くなる材料を選択する。高分子のポリマーフィルムの材料は、ポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はポリブチルアクリレート（ＰＢＡ）などの熱硬化性材料である。高分子のポリマーフィルムは、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の表面を完全に覆う。高分子のポリマーフィルムの面積はカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の面積に等しい。或いは、高分子のポリマーフィルムの面積はカーボンナノチューブフィルム構造体１０３の面積より大きい。
ステップ（２）：所定の温度で高分子のポリマーフィルムをしばらく加熱して、高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度を高くする。
加熱温度及び加熱時間は、高分子のポリマーフィルムの材料に依存する。例えば、高分子のポリマーフィルムがＰＤＭＳフィルムである場合には、１５０℃で２０分〜４０分間加熱すればよい。所定の温度でしばらく加熱すると、高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度が高くなる。これによって、高分子のポリマーフィルムが容易に引き剥がされやすくなり、且つ高分子のポリマーフィルムがカーボンナノチューブフィルム構造体１０３だけと接着する。高分子のポリマーフィルムとカーボンナノチューブフィルム構造体１０３との間の接着力は、二次元ナノ材料層１０２とカーボンナノチューブフィルム構造体１０３との間の接着力より大きいので、高分子のポリマーフィルムを引き剥がす時に、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３も引き剥がされる。
ステップ（３）：高分子のポリマーフィルム１０５を引き剥がす。カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるので、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３が除去される。
ピンセットのような工具で高分子のポリマーフィルムの端部を締め付けることによって、高分子のポリマーフィルムを引き剥がす。カーボンナノチューブフィルム構造１０３は、高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるが、二次元ナノ材料層１０２がターゲット基板１０４の表面に残される。二次元ナノ材料層１０２の表面に破損はなく、残渣もない。
第二種の方法は、以下のステップを含む。
（Ａ）カーボンナノチューブフィルム構造体１０３は、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ｎ≧２である時、ピンセットのような工具でカーボンナノチューブの配列方向に沿って、カーボンナノチューブフィルム構造体１０３の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がす。
（Ｂ）少なくとも一つのリスト構造を提供して、リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、リスト構造が二次元ナノ材料層１０２のある区域の側部に置く。且つリスト構造の長手方向を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にする。
好ましくは、少なくとも二つのリスト構造を提供して、少なくとも二つのリスト構造が二次元ナノ材料層１０２のある区域の両側に置く。
（Ｃ）カーボンナノチューブの配列方向に沿って、リスト構造を引き剥がし、リスト構造が引き剥がされるのにつれて、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが除去される。
リスト構造は、接着性を有するので、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムとよく接着できる。リスト構造は、高分子のポリマーフィルム又は透明のテープなどである。第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムは連続なフィルムであるので、リスト構造を引き剥がす過程において、第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムは、リスト構造が引き剥がされるのにつれて、引き剥がされるが、二次元ナノ材料層１０２はターゲット基板１０４の表面に完全に残される。
上記の二つの方法によると、二次元ナノ材料層１０２の表面に位置したカーボンナノチューブフィルム構造体１０３を完全に除去できる。二次元ナノ材料層１０２の表面は損傷を受けず、残渣も残らない。
図４は、転写されたグラフェンの透過型電子顕微鏡写真である。図４から、転写されたグラフェンの表面が非常にきれいであり、破損はない。
本発明から提供された懸架する二次元ナノ材料の製造方法は、カーボンナノチューブフィルムで二次元ナノ材料を少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板に転写して、懸架する二次元ナノ材料を獲得する方法である。該製造方法は下記の優れた点を有する。第一に、懸架する二次元ナノ材料の表面がよりきれいであり、残されたテープはなく、純粋の炭素の転写であるので、ほかの不純物を引き込むことができない。第二に、懸架する二次元ナノ材料は、表面に皺及びひび割れはなく、ほとんど破損はなく、完全性が優れる。第三に、カーボンナノチューブフィルムは、光透過性を有して、透明度が優れるので、カーボンナノチューブフィルムを通して、二次元ナノ材料を観察することができる。従って、立体顕微鏡下で、二次元ナノ材料をターゲット基板の所定位置に正確に転写することができる。第四に、カーボンナノチューブフィルムが柔軟性を有するので、カーボンナノチューブフィルムで、二次元ナノ材料を曲面基板に転写でき、応用範囲が広い。
１０１ 第一基板
１０２ 二次元ナノ材料層
１０３ カーボンナノチューブフィルム構造体
１０４ ターゲット基板
１０５ スルーホール
１０２ 二次元ナノ材料層
１０３ カーボンナノチューブフィルム構造体
１０４ ターゲット基板
１０５ スルーホール
Claims (4)
- 第一基板を提供して、前記第一基板の表面に二次元ナノ材料層が形成されるステップと、
カーボンナノチューブフィルム構造体で前記二次元ナノ材料層を覆うステップと、
腐食溶液で前記第一基板を除去し、前記二次元ナノ材料層及び前記カーボンナノチューブフィルム構造体からなる二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を獲得し、前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を洗浄液に置き、洗浄するステップと、
少なくとも一つのスルーホールを有するターゲット基板を提供し、前記ターゲット基板を利用し、洗浄液から前記二次元ナノ材料層／カーボンナノチューブフィルム構造体の複合構造体を掬い上げ、前記二次元ナノ材料層を前記ターゲット基板と接合させ、前記ターゲット基板の少なくとも一つのスルーホールを覆わせるステップと、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップと、
を含むことを特徴とする懸架する二次元ナノ材料の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブフィルム構造体は、自立構造であり、積層して設置された少なくとも二層のカーボンナノチューブフィルムからなって、前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で端と端とが接続され、基本的に同一方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブの配列方向が前記カーボンナノチューブフィルムの表面に基本的に平行であり、隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向が互いに交差し、角度αを形成して、角度αが０°より大きく、且つ９０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の懸架する二次元ナノ材料の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップは、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体の前記ターゲット基板から離れた表面に、高分子のポリマーフィルムを形成するステップ（１）と、
前記高分子のポリマーフィルムを加熱し、該高分子のポリマーフィルムの内部の架橋度を高くするステップ（２）と、
前記高分子のポリマーフィルムを引き剥がして、前記カーボンナノチューブフィルム構造体が前記高分子のポリマーフィルムと共に引き剥がされるステップ（３）と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の懸架する二次元ナノ材料の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブフィルム構造体を除去し、前記二次元ナノ材料層が前記ターゲット基板の表面に転写されてスルーホールの位置に懸架されるステップは、
前記カーボンナノチューブフィルム構造体が、互いに積層されたｎ層のカーボンナノチューブフィルムからなる場合には、ピンセットのような工具で、前記カーボンナノチューブフィルム構造体におけるカーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルム構造体の第一層のカーボンナノチューブフィルム〜第ｎ−１層のカーボンナノチューブフィルムを順に引き剥がすステップ（Ａ）と、
少なくとも一つのリスト構造を提供して、該リスト構造を第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムの表面に設置して、前記リスト構造を前記二次元ナノ材料層のある区域の側部に置き、且つ前記リスト構造の長手方向を前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向と垂直にするステップ（Ｂ）と、
前記カーボンナノチューブの配列方向に沿って、前記リスト構造を引き剥がし、前記第ｎ層のカーボンナノチューブフィルムが前記リスト構造の引き剥がされたことにつれて、除去されるステップ（Ｃ）と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の懸架する二次元ナノ材料の製造方法。
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