KR20120120358A - 결합된 나노구조체 및 이를 위한 방법 - Google Patents

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멜버른 씨. 르뮤
아제이 비어카
제난 바오
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더 보드 어브 트러스티스 어브 더 리랜드 스탠포드 주니어 유니버시티
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Abstract

나노구조체는 다양한 재료 및 접근법 중 하나 이상을 사용하여 결합된다. 다양한 예시적 실시예와 일관성있게, 두 개 이상의 나노구조체가 나노구조체 사이의 접합부에서 결합된다. 나노구조체는 접합부에서 접촉하거나 거의 접촉할 수 있으며, 결합 재료가 증착되고, 접합부에서 핵화되어 나노구조체를 함께 결합한다. 다양한 용례에서, 핵화된 결합 재료는 나노구조체 사이의 전도성(열 및/또는 전기)을 촉진한다. 일부 실시예에서, 결합 재료는 나노구조체를 따른 성장 및/또는 나노구조체 도핑에 의한 것 같이 나노구조체 자체의 전도성을 향상시킨다.

Description

결합된 나노구조체 및 이를 위한 방법 {JOINED NANOSTRUCTURES AND METHODS THEREFOR}
관련 특허 문서
본 특허 문서는 2010년 1월 25일자로 첨부물과 함께 출원된, 발명의 명칭이 "나노구조체"인 미국 가특허 출원 제61/298,035호에 대한 35 U.S.C.§119 하의 우선권을 주장하며, 본 특허 문서는 2010년 1월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 "풀러린 도핑된 나노구조체"인 미국 가특허 출원 제61/298,043호에 대한 35 U.S.C.§119 하의 우선권을 주장하고, 이들 가특허 출원들 및 첨부물 각각은 전체가 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
연방 정부 지원 연구 및 개발
본 발명은 국토지리원(National Geospatial-Intelligence Agency)에 의해 제정된 계약 HM1582-07-1-2009 및 국립 과학 재단(National Science Foundation)에 의해 제정된 계약 0213618 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대한 소정 권한을 보유한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 나노구조체, 나노-조립체를 통해 성장하는 재료(developing material), 특히, 결합된 나노구조체와 이를 위한 방법 및 전극 내의 전도성 막으로서의 이런 나노구조체의 용례 및 다른 용례에 관한 것이다.
카본 나노튜브(CNT) 기반 재료 같은 나노구조체는 다수의 다양한 용례에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 예로서, 일부 CNT 기반 용례는 상호연결된 CNT의 얇은 부속-단층 네트워크를 포함한다. 이들 전기 전도성 막은 그 나노 규모 두께(예를 들어, 50 nm 미만)에 기인하여 고도로 투명하며, 투명 전극 및 다수의 다른 용례를 위한 재료의 독창적 부류를 나타낸다.
CNT 네트워크 같은 나노재료 구조체가 특정 용례에서 사용되어 왔지만, 그 용도는 고도의 투명성 및 전도성으로부터 이득을 얻거나 이들을 필요로 하는 것들 같은 다수의 용례에 한정되어 있다. 예로서, 디스플레이 및 광전지 같은 다양한 하이-엔드 용례는 높은 광학적 투명성 및 전도성을 소유하는 하나 이상의 전극을 사용하는 것이 유리한 경우가 많다. CNT 네트워크 같은 나노재료로 이런 투명성 및 전도성 수준을 달성하는 것은 CNT 네트워크의 형성 및 CNT 같은 나노재료의 특성의 변동[예를 들어, 카이럴리티(chirality), 직경]을 포함하는 요인들 같은 다양한 요인들에 기인하여 과제가 되고 있다. 또한, 나노구조체 사이의 접합부는 저항이 매우 높을 수 있다. 추가적으로, 원하는 물성을 달성하도록 나노재료를 변형하는 것은 성가시거나 그렇지 않으면 곤란하고, 일시적인 경우가 많고, 일반적으로 독성 재료를 수반하며, 많은 비용이 든다.
이들 및 다른 문제점은 나노구조체를 사용하거나 나노구조체가 유리한 다양한 방법, 장치 및 시스템에 과제로서 남아있다.
본 발명의 다양한 양태는 상술한 것들을 포함하는 과제를 해결하는 나노구조체를 포함하는 장치, 방법, 재료 및 시스템에 관한 것이다.
예시적 실시예에 따라서, 결합 재료가 나노구조체 사이의 접합부에 증착되며, 접합부는 교차, 인접, 접촉 또는 근사-접촉 나노구조체를 포함할 수 있다. 결합 재료는 나노구조체를 함께 물리적으로, 그리고, 일부 경우에는, 전기적으로 결합하도록 나노구조체 사이의 핵화된 재료(nucleated material)를 형성하도록 핵화된다.
다른 예시적 실시예는 나노구조체 사이에 분자 결합 재료를 증착함으로써 나노구조체를 결합하는 방법에 관한 것이다. 결합 재료는 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하고 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하도록 접합부에서 핵화된다.
다른 예시적 실시예는 나노재료 막을 형성하기 위해 나노구조체를 결합하는 것에 관한 것이다. 결합 재료는 나노구조체 사이의 접합부에 증착되고 핵화된다. 핵화된 결합 재료는 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하여 나노재료 막을 형성하도록 접합부 각각에 전도성 재료를 형성하고 추가로 나노구조체를 도핑할 수 있다. 결합 재료의 도핑제 재료는 나노구조체의 도핑 이전의 나노구조체의 저항값에 대비해 나노구조체의 저항값을 효과적으로 감소시킨다(예를 들어, 전기/열 전도성이 향상됨).
다른 예시적 실시예에 따라서, 카본 기반 나노구조체는 유기 기반 나노재료 막을 형성하도록 결합된다. 결합 재료는 복수의 카본 기반 나노구조체 사이의 접합부에 증착되고, 결합 재료가 핵화된다(접합부는 핵화 부위로서 기능한다). 핵화된 결합 재료는 카본 기반 나노구조체를 물리적으로 결합하고, 카본 기반 나노구조체를 전기적으로 결합시켜 유기 나노재료 막을 형성하도록 접합부 각각에 전하 수송 구조체를 형성한다. 핵화된 결합 재료는 또한 카본 기반 나노구조체의 측벽 상에 혼성 재료(hybrid material)를 형성하며, 여기서, 혼성 재료는 카본 기반 나노구조체로부터의 재료와 결합 재료로부터의 도핑제를 포함하며, 카본 기반 나노구조체의 저항값을 (혼성 재료의 형성 이전의 나노구조체의 저항에 대비하여) 감소시킨다.
다른 예시적 실시예는 상술한 바와 같은 결합된 나노재료를 사용하는 막, 회로 및 장치에 관한 것이다. 한 가지 이런 실시예는 복수의 나노구조체를 갖는 투명 전기 회로에 관한 것이며, 이는 나노구조체의 사이의 접합부(물리적 또는 간극)에 핵화된 결합 재료를 갖는다. 핵화된 결합 재료는 나노구조체를 접합부에서 물리적으로 및 전기적으로 결합시킨다.
상술한 요약은 본 발명의 모든 구현예 또는 각 실시예를 설명하는 것을 목적으로 하지 않는다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 다양한 실시예를 더욱 특정하게 예시하고 있다.
첨부 도면과 연계하여 본 발명의 다양한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 고려하면 본 발명을 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른, 결합 프로세스의 다양한 단계에서 나노구조체(100)를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 하나 이상의 예시적 실시예에 따른, 다양한 제조 단계에서 나노구조체를 도시하며, 도 2a는 결합을 위해 배열된 나노튜브를 도시하고, 도 2b는 나노튜브 사이의 접합부에 결합 재료가 증착되어 있는 나노튜브를 도시하며, 도 2c는 핵화된 결합 재료와 결합된 나노튜브를 도시한다.
도 3은 다른 예시적 실시예에 따른 C60을 사용하여 결합된 나노구조의 전류/전압 특성의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 4는 다른 예시적 실시예에 따른 C60을 사용하여 결합된 고밀도 나노구조의 전류/전압 특성의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 5은 다른 예시적 실시예에 따른 C70을 사용하여 결합된 나노구조의 전류/전압 특성의 플롯을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다양한 예시적 실시예에 따른 장치를 위한 결합된 카본 나노튜브를 구비한 카본 나노튜브 막을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적 실시예에 다른, 후방 전극을 구비한 기저 기판 상의 카본 나노튜브 막을 구비한 전자 장치를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따른 태양 전지를 도시한다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적 형태들이 가능하지만, 특정 사항이 도면에 예로서 도시되어 있고, 상세히 설명될 것이다. 그러나, 설명된 특정 실시예에 본 발명을 제한하는 것을 의도하지는 않는다. 반대로, 청구범위에 규정된 양태를 포함하는 본 발명의 범주 이내에 포함되는 모든 변형, 균등물 및 대안을 포함하는 것을 의도한다.
본 발명은 나노구조체의 막을 결합하는 것 같은 본 명세서에 설명된 바와 같은 나노재료의 결합, 기판에 의해 지지된 나노구조 기반 막 또는 나노구조체의 결집체에 관한 것이다. 본 발명이 반드시 제한될 필요는 없지만, 본 발명의 다양한 양태는 이들을 사용한 예의 설명 및 다른 내용을 통해 인지할 수 있을 것이다.
예시적 실시예에 따라서, 결합(예를 들어, 첨가) 재료는 나노구조체 사이의 접합부에 증착되고, 결합 재료는 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하는(예를 들어, 연결을 위해 및/또는 결합 개선을 위해) 핵화된 재료를 형성하도록 핵화된다. 본 내용에서, 결합 재료는 기체 상 또는 용액으로부터의 증착을 통해 핵화되고, 증기 또는 용액 중의 결합 재료는 접합부에서 핵화한다. 결합 재료는 예로서, 나노구조체 사이의 유효 접촉 영역을 증가시키기 위해 및/또는 나노구조체 사이의 전도성을 증가시키기 위해(저항 감소/전기 및/또는 열 전도성 증가) 사용될 수 있으며, 추가로, 나노구조체 사이의 연결부를 강화하기 위해 사용된다. 결합된 나노구조체는 나노재료 막, 지지 구조체 및/또는 투명 전극 같은 나노재료 전자 회로의 형성 같은 다양한 용례 중 하나 이상에 사용될 수 있다. 추가적으로, 비교적 큰 막(예를 들어, 다수의 구조체를 포함하는 대면적 막)이 결합되고, 전체 막을 가로지른 나노구조체는 일반적 증착 프로세스를 사용하여, 나노구조체 사이의 접합부에 대한 선택성을 갖는 상태로 동시에 결합될 수 있다. 결합 부위가 점유되고 나면, 추가적 증착된 재료는 나노구조체를 따라 핵화하고, 추가로, 나노구조체를 도핑한다. 특정한 더욱 상세한 실시예에서, 카본 나노튜브(CNT) 및 나노글루 또는 나노도핑제 재료가 하나의 용액 내에 존재하고, 그곳에서 혼합이 이루어진다. 이 최종 혼합/조합된 용액은 CNT 상에서, 그리고, 접합부에서 나노글루 및/또는 나노도핑제로 증착된다.
다수의 용례에서, 증착된 결합 재료의 페르미 준위(Fermi Level)는 하나 이상의 나노구조체의 페르미 준위 미만이다. 이 페르미 준위는 증착된 재료의 유형, 두께 및/또는 재료에 적용되는 조건에 기초하여 설정될 수 있다. 일부 용례에서, 증착된 재료의 페르미 준위는 가열 및/또는 노광에 의해 설정된다. 이 방식으로 페르미 준위를 제어함으로써, 전기 전도성(그리고, 관련 열 전도성)이 결과적 구조체의 결합 재료 부분을 위해 바람직하게 설정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 증착된 재료의 전도성은 특히 (예를 들어, 분자 C70 글루를 포함하는 결합 재료를 위한) 나노구조체를 사용하는 장치의 결과적 온-전류(on-current)를 제한하도록 제어되며, 여기서, 재료의 두께는 막이 오프 상태에서 과도하게 전도성이 되지 않는 것을 보증하도록, 높은 온/오프 비율과 트랜지스터 거동을 유지하도록 (그리고, 더 이상 트랜지스터 거동을 나타내지 않도록) 설정될 수 있다. 추가 재료는 "온 전류"를 증가시킨다.
다른 예시적 실시예에 따라서, 나노구조체는 나노재료 막을 형성하도록 결합된다. 분자(예를 들어, 비합금) 결합 재료는 복수의 나노구조체 사이의 접합부에 증착되고, 증착된 결합 재료는 핵화된다(예를 들어, 결합 재료는 증착시 접합부에서 핵화된다). 핵화된 결합 재료는 나노구조체 사이의 다수의 접합부 각각에서 전도성 재료를 형성하여 나노구조체를 물리적으로 그리고 전도성으로(전기 및/또는 열적으로) 함께 결합하며, 나노재료 막을 형성한다. 다수의 구현예에서, 막을 가로질러 사용되는 결합 재료의 페르미 준위는 나노구조체의 대부분 또는 그 실질적 전부(예를 들어, 나노구조체의 75% 초과, 85% 초과 또는 95% 초과)의 페르미 준위보다 낮다. 나노구조체의 혼합물(예를 들어, 직경 및 대역 간극 중 어느 하나 또는 양자 모두에 관하여)이 막(예를 들어, 반전도성, 반금속성 및 금속성 나노구조체 및/또는 나노와이어) 내에 존재할 때, 막 내에 사용되는 결합 재료의 페르미 준위는 하나의 유형의 나노구조체(예를 들어, 반전도성 나노구조체)의 대부분 또는 실질적 전체보다 작다.
나노구조체는 결합 재료 내의 도핑제 재료를 사용하여 도핑됨으로써 (예를 들어, 나노구조체 도핑 이전의 나노구조체의 저항값에 대비하여) 나노구조체의 전항값을 감소시킨다. 일부 용례에서, 이 접근법은 반전도성 나노튜브를 포함하는 나노튜브의 네트워크로 수행되며, 반전도성 나노튜브는 (예를 들어, 반전도성으로부터 전도성 금속 기반 나노튜브로 나노 튜브를 변환시키고, 열 및 전기 전도성 중 하나 또는 양자 모두를 증가시키기 위해) 그 전도성을 증가시키도록 도핑된다. 따라서, 결과적 저항값은 결합 재료의 증착 및 핵화 이전의 저항값보다 실질적으로 작다(예를 들어, 그 크기의 절반 또는 그 보다 한배 이상 작음). 다수의 구현예에서, 막을 가로지른 전기 전도성의 균일성은 나노구조체의 대부분 또는 모두를 거의 동일한 에너지 준위(energy level)로 변환함으로써, 그리고, 막 내의 다양한 유형의 나노구조체(예를 들어, 반전도성, 반금속성, 금속성)의 비율을 차별화하는 포켓을 감소 또는 제거시킴으로써 설정된다.
다른 예시적 실시예는 나노재료 막을 형성하기 위해 전하 수송 재료로 카본 기반 나노구조체 또는 금속성 나노와이어(예를 들어, 금, 은 또는 구리 중 하나 이상) 같은 나노구조체를 결합하는 것에 관한 것이다. 결합 재료는 나노구조체 사이의 접합부에 증착 또는 다른 방식으로 배치된다. 증착된 결합 재료는 그후 핵화되어 접합부 각각에서 전하 수송 구조체를 형성(및/또는 향상)한다. 전하 수송 구조체는 물리적, 열적 및 전기적으로 나노구조체를 결합시킨다. 결합 재료를 통해 결합된 나노구조체의 결과적 조합은 상술한 나노재료 막(예를 들어, 유기 막)을 형성한다.
일부 구현예에서, 유기 나노재료 막의 투명성은 카본 기반 나노구조체의 밀도, 나노구조체의 직경, 결합 재료의 유형 및 나노구조체에 대한 결합 재료의 선택성 중 하나 이상을 사용하여 설정된다. 이들 구현예 및 관련 실시예와 연계하여, 결합 재료는 기저 기판 재료에 대하여, 그들이 증착되는 나노구조체에 대해 선택성일 수 있으며, 이는 투명성의 보전에 유용할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 나노구조체의 밀도는 나노구조체에 대한 증착된 결합 재료의 선택성에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다(예를 들어, 기저 기판 상의 결합 재료의 증착에 관하여). 또한, 이 선택성은 나노구조체에 의해 형성되는 결과적 막의 투명성을 설정하기 위해 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이에 관하여, 다양한 예시적 실시예에 따라서, 나노구조체는 증착시 결합 재료의 선택성을 촉진하여 기판 상의 결합 재료의 증착을 완화시키도록하는 밀도로 기판 상에 배열된다. 기판 온도는 실온 또는 그 미만의 온도로부터 약 250℃까지의 범위 같은 바람직한 증착 온도로 제어된다. 결합 재료는 나노구조체를 결합하고 설정된 투명성(예를 들어, 용례에 따라서 적어도 약 70% 광 투과 및 약 95%까지 또는 그를 초과하는 광 투과)을 갖는 전도성 막을 형성하도록 핵화된다.
다른 구현예에서, 결합 재료는 매트, 와이어 또는 케이블 같은 나노구조체로 구성되거나 그를 포함하는 자립형 구조체의 전도성을 개선시키기 위해 사용된다. 기판 자체가 나노구조체 기반 자립형 매트 또는 와이어 또는 케이블인 일부 예에서, 전도성은 반드시 투명도에 대한 영향에 관련하지 않고 증가된다.
다른 구현예에서, 결합 재료는 또한 핵화시 나노구조체를 따른 그 연장 및/또는 핵화된 결합 재료를 통한 나노구조체의 도핑을 통한 것 같이 카본 기반 나노구조체의 전도성을 향상시키기 위해 사용된다. 이들 구현예 및 관련 실시예에 관련하여, 또한, 결합 재료는 나노구조체를 따라 형성되도록 접합부에서 핵화될 수 있으며, 나노구조체의 커버리지 정도는 나노구조체와 혼합된 양, 나노구조체 상에 증착된 결합 재료의 양 및/또는 속도에 의해 설정될 수 있다. 이에 관하여, 그리고, 다양한 예시적 실시예에 연계하여, 결합 재료의 양은 이력 데이터, 차트, 참조표 또는 다른 접근법을 사용하여 막의 원하는 결과적 전도성에 따라 선택된다. 또한, 이 선택된 양은 결합 재료의 특성에 기초한다[예를 들어, 풀러린 기반 재료 또는 파생 풀러린(예를 들어, C60, C70, C84, C60Cl6, C60Cl24, C70F54, C60F18, C60F24, C60F36, C60F44, C60F48 및 C70F54)은 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이 전도성을 향상시키는 데 특히 유용할 수 있다는 것이 추가로 밝혀졌다]. 그후, 선택된 양의 결합 재료가 나노구조체 상에 증착되거나 다른 방식으로 형성되고, 나노구조체의 전도성을 향상시키도록(그리고, 적절하다면, 결합하도록) 핵화된다.
일부 예시적 실시예에서, 나노튜브는 할로겐화 풀러린의 부류로부터 선택된 하나 이상의 도핑제를 사용하여 도핑되고, 분자식의 적어도 일부가 이하를 포함한다.
C60Fx, C60Cly, C60FxCly, C70Fx, C70Cly, C70FxCly
여기서, X는 C60에 대하여 1-55이고, C70에 대하여 65 미만이다. 더욱 바람직하게는, X = 18, 24, 36, 48, 54 또는 56이다. 여기서, X는 C60에 대하여 1-55이고, C70에 대하여 65 미만이다. 더욱 바람직하게는, Y = 4, 6, 24, 36, 48, 54 또는 56이다. 도핑된 나노구조체는 개별 나노튜브, 카본 파이버, 나노와이어, 카본 나노튜브 또는 본 명세서에 설명된 다른 나노/마이크로 구조체 중 하나 이상을 포함한다.
다른 실시예는 하나 내지 수개의 그래핀(graphene)의 박층이 특정 용례 또는 용례들에 적합하도록 결합되어 있는(그리고, 적절하다면 도핑되어 있는) 그래핀 기반 구조체의 결합에 관한 것이다. 예로서, 그래핀 층은 전자, 열 및 고 강도 용례 중 하나 이상을 위한 선택된 수준으로 그 전도성을 설정하기 위해 필요에 따라 결합 및 도핑될 수 있다. 일부 구현예에서, 그래핀 옥사이드를 사용하여 달성되는 특정 처리 특성을 바람직하게 포함하는 것들을 포함하는 그래핀 옥사이드 또는 환원 그래핀 옥사이드가 이런 용례에 사용된다. 이들 접근법은 다수의 용례 및 다양한 기술을 위해 적합한 생존력있는 구성요소를 생성하기 위해 이런 구조체의 전자 및 열 전도성을 개선시키기 위해 고려될 수 있다.
특정 실시예에서, 그리고, 상술한 발견과 일관성 있게, 특정 용례를 위한 원하는 특성을 갖는 막을 달성하기 위해 서로에 대해 설정되는 전도성 및 투명성 특성을 갖는 나노재료 막이 형성된다. 예로서, 특정 용례에서, 나노구조체에 대한 결합 재료의 추가는 나노구조체에 의해 형성되는 막의 투명성을 감소시킬 수 있지만, 그러나, 또한 나노구조체의 전도성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 상술한 발견과 연계하여, 전도성(전기 및/또는 열) 및 투명성의 수준은 특정 용례를 위한 원하는 투명성 및 전도성을 충족시키는 나노재료 막을 형성하기 위해 서로에 대하여 각각 절충되어 설정된다. 이들 특성 및 각각의 절충은 따라서 다양한 용례에 대해 나노재료 막을 맞춤화하기 위해 사용된다. 이들 실시예는 따라서 나노재료 막의 디자인 및 제조에 적용가능하며, 전도성 및 투명성 특성의 이런 결정된 설정을 갖는 막 자체에 적용가능하다. 따라서, 본 명세서에 설명된 바와 같이 결합된 나노재료는 각 용례를 위해 바람직한 가변 투명성과 함께 비교적 높은 저항으로부터 비교적 높은 전도성까지의 범위에 걸쳐, 가요성 디스플레이, 터치 스크린, 태양 전지, 전자 종이, 열 발전, 정전 방전 장치, 배터리, 슈퍼커패시터, 센서, 광화학 장치 및 전자기 차폐 장치 같은 다양한 용례에 사용하도록 조율되고(디자인 측면) 제조된다.
또한 본 내용에 따라서, 배터리-관련 또는 슈퍼커패시터 관련 실시예는 기판 상의 복수의 나노구조체와 상술한 바와 같이 접합부에서 나노구조체를 물리적 및 전기적으로 결합하도록 구성된 핵화된 결합 재료를 포함하는 막에 의해 형성된 적어도 하나의 전극을 포함한다. 그 특정 용례에서, 막을 통한 광의 투과성은 테스트 및 전도성(전기 및/또는 열)과 투명성의 비교적 높거나 낮은 수준에 대한 필요성에 기초하여 설정된다. 이를 위해, 이 유형의 전형적 용례에서, 전자 회로 내의 결합 재료의 대부분은 (물리적 및 전기적으로 결합되지 않은 핵화된 재료에 비해) 막을 통한 광의 투과성 및 전도성 양자 모두를 설정하도록 나노구조체에 물리적 및 전기적으로 결합된다. 예로서, 태양 관련 용례에서 빛으로부터 나오는 에너지의 수집을 위한 막 기반 전극을 통한 광 투과도는 배터리 용례를 위한 것보다 높다. 따라서, 이들 전도성 및 투과성의 수준은 목표 용례 및 관련 설계 제원을 위해 필요한 바에 따라 서로에 대한 상대적 절충으로서 제조 프로세스 동안 설정된다.
다른 예시적인 실시예와 관련하여, 혼성 재료는 첨가 재료가 나노구조체(예컨대, 카본 나노튜브의 접합부 및 측벽)에 배치될 때 형성된다. 혼성 재료는 나노구조체로부터의 재료와, 전술된 결합 재료와 같은 나노구조체 상에 증착되거나 다르게는 이에 형성된 재료로부터의 도핑제 또는 나노구조체에 적용되어 핵화되는 풀러린 기반 재료[예컨대, 브로모(bromo), 클로로(chloro), 알킬플루오르(alkylfluoro), 및 플루오르(fluoro) 파생 풀러린]와 같은 별개로 증착된 재료로부터의 도핑제를 포함한다. 혼성 재료 및 나노 구조체의 결과적 구조체는 혼성 재료의 형성 이전의 나노구조체의 저항과 비교하여 감소된 저항을 나타낸다. 이 접근법은, 예를 들면, 전술된 바와 같은 하나 이상의 실시예와 연계하여 사용될 수 있고, 적절하다면 나노구조체의 향상된 전도성과 관련하여 전술된 발견뿐만 아니라 결과적 나노재료 막의 투명성 및 전도성 성질과 관련하여 사용될 수 있다.
다른 예시적인 실시예와 관련하여, 노드(node) 및 브랜치(branch)의 상호 연결된 카본 나노튜브 네트워크는 카본 혼성 재료를 형성하도록 나노글루 분자체의 유형인 풀러린 또는 풀러린 파생체[예컨대, 브로모(bromo), 클로로(chloro), 알킬플루오르(alkylfluoro), 및 플루오르(fluoro) 파생된 풀러린]에 의해 노드 또는 접합부에서 함께 접착된다(예컨대, 결합된다). 일부 실시예에서, 풀러린 나노글루는 다양한 기능을 가진다. 이는 교차하는 나노튜브를 함께 접착하기 위해 노드에서 작용하여 큰 전도성 경로를 제공함으로써 사전-접착된 접합부의 저항을 감소시키며, 또한 튜브를 따라 작용하여 나노튜브를 강하게 p-도핑한다. 이런 p-도핑은 나노튜브 네트워크의 전도성을 전반적으로 증가시키며, 나노튜브 네트워크의 투명성에 대해 바람직하게는 낮은 (예컨대, 최소의) 영향을 미치면서 달성된다. 일부 구현예에서, 나노글루 분자체는 함께 가깝게 결합되어 있는 카본 나노튜브를 추가적으로 가압한다. 또한, 나노글루 형성은 다양한 카본 나노튜브 접합에 영향을 미칠 수 있는데, 일반적으로는 카본 나노튜브의 카이럴리티로부터 독립적으로 영향을 미칠 수 있다. 이러한 접근법과 관련하여, 하나 이상의 용례에 적합하도록 시트 저항은 약 1000 Ohms 미만의 값을 가지고, 일부의 경우에는 (예컨대 약 550 ㎚의 파장에서) 약 80%보다 높은 투명성과 함께, 또는 대부분의 경우에는 약 92%보다 높은 투명성과 함께 60 Ohms 만큼 낮거나 이보다 더 낮은 저항 값을 갖는다. 예를 들면, 터치 스크린 용례에서, 약 80% 투명성의 시트 저항 값이 사용될 수 있다. 대부분의 용례에서, 시트 저항은 Ohms/sq 또는 Ohms/square로 언급되며, 이는 Ohms의 측정에 대체로 동등한 무차원 측정(dimensionless measure)에 해당한다. 이런 시트 저항은, 예를 들면 나노튜브 네트워크의 대부분 또는 그 실질적 전부보다는 낮은 페르미 준위를 갖는 결합 재료(예컨대, 전술된 바와 같은)를 이용하여 달성될 수 있다.
전술한 p-도핑 접근법에 더하여, 다양한 실시예들은 풀러린을 이용하여 전술된 방식과 유사한 방식으로 나노구조체를 도핑하기 위해 n-타입 재료를 이용하여 나노튜브를 n-도핑하는 것에 관한 것이다. 이 방식으로 구현될 때, 증착된 결합 재료의 페르미 준위는 결합되는 하나 이상의 나노 구조체의 페르미 준위보다 높게 설정될 수 있다. 이 접근법은 전도성을 설정하기 위해 사용될 수 있으며, (이에 제한되는 것은 아니지만) N2를 포함하는 환경의 용례에서, 나노구조체(들)의 전도성을 증가시킬 수 있고, 또한 트랜지스터 및/또는 다른 반도체 장치에 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, CNT, 그래핀, 또는 나노와이어와 같은 나노구조체는 계면 활성제(surfactant) 또는 폴리머 기반 용액과 같은 용액에 분산되고, 그 용액으로부터 증착된다. 이들 실시예에서, 계면 활성제 또는 폴리머는 나노구조체의 전체 표면을 또는 표면의 일부를 덮을 수 있으며, 본 명세서에 기술된 바와 같은 결합 재료 및/또는 도핑제 재료가, 커버된 표면상에 증착된다. 구조체가 기저 나노구조체의 커버된 표면 및/또는 노출된 부분을 통해 결합될 수 있다. 따라서, 이런 구조체에서의 전하 수송은 CNT 또는 그래핀의 노출된 구역을 통해서 이루어지거나, 또는 표면상의 코팅으로 그리고 추가적으로 코팅을 거쳐서 CNT 또는 그래핀으로의 전하 수송을 통해 이루어질 수 있다. 일부 구현예에서, 나노구조체 및 결합/도핑제 재료 막 또는 자립형 구조체(freestanding structure)는, 가령 캡슐화, 평탄화 또는 필름 또는 구조의 전도성을 변경하기 위해서 폴리머 층으로 덮여진다.
많은 내용에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 "회로(circuit)"라는 용어는 회로의 일부를 형성하는 도체를 의미하거나, 및/또는 도체, 전원, 그리고 필요에 따라 하나 이상의 다른 구성요소를 갖는 회로를 의미한다. 예를 들면, 회로라는 용어는 하나 이상의 회로 구성요소에 전력을 공급하고 이에 결합될 수 있는 도체 또는 전도성 시트를 언급할 수 있다. 또한, 회로라는 용어는 하나 이상의 전원, 추가적인 회로 커넥터, 부하(load), 저장 장치, 센서 회로 등을 구비한 도체 또는 전도성 시트를 언급할 수도 있다.
또한, 나노구조체라는 용어는 많은 내용에서, 약 1 ㎚ 내지 10 ㎚ 또는 약 10 ㎚ 내지 100 마이크론과 같이 약 1 나노미터 또는 수 나노미터의 직경을 갖는 카본 나노튜브, 금속 나노와이어, 또는 그래핀과 같은 구조(예컨대, 나노튜브는 압연된 그래핀 시트를 나타냄)를 언급하기 위해 사용된다. 나노구조체는 CNT 또는 금속 와이어 다발을 포함할 수 있기 때문에, 나노구조체라는 용어는 1 ㎚ 내지 1 ㎛의 전체 직경을 나타낼 수 있다. 와이어/케이블의 직경이 커질 수 있지만, 이들은 이런 크기(직경)로 개별화된 나노구조체를 포함할 수 있다. 이들 나노구조체의 길이는 다양한 용례에 적합화되도록 약 100 ㎚에서 최대 수 ㎝의 길이로 설정될 수 있다. 이런 구조체는 핵화가 용이하도록 접합부의 표면 에너지 특성을 이용하여, 나노구조체들 사이의 접합부에서 결합 재료의 핵화(그리고 결정화 및/또는 응축)를 통해 결합될 수 있다.
핵화라는 용어는, 많은 내용에서, 특정 (핵화) 부위에서의 결정 성장의 핵화를 언급하기 위한 것으로, 핵화 부위로부터 결정 성장(또는 성장이 반드시 결정성은 아니므로 비결정성 성장)이 지속된다. 많은 실시예에서, 이런 핵화는 나노구조체들이 접촉되거나 접촉에 매우 가까운 위치에서 선택적이며, 이 위치에서 표면 에너지는 핵화를 용이하게 한다(예컨대, 핵화를 위해 선택된 높은 에너지 부위는 나노구조체를 따라 접합부와 결함 위치를 포함할 수 있다). 따라서, 나노 구조체들 사이의 접합부에서 핵화되는(핵생성되는) 결합 재료는 결정화 및/또는 응축을 통해 나노구조체를 효과적으로 결합시키며, 이는 화학적 결합 없이 이뤄질 수 있다. 또한, 이런 핵화는 핵화 부위에서 약 300 ℃ 아래와 같은 비교적 낮은 온도에서 실행될 수 있으며, 또한 단일 단계를 이용하여 이뤄질 수 있다. (예컨대, 핵 생성 시에, 나노구조의 연결을 용이하게 위한 추가의 단계가 불필요하다.)
"분자 결합 재료(molecular joining material)"라는 용어는 비-합금 형태의 재료, 또는 결합 재료를 통해 전기적으로 및/또는 물리적으로 연결된 나노구조체와 화학적으로 결합하지 않은 재료를 언급하기 위해 사용된다. 따라서, 대부분의 구현예에서, 이런 분자 결합 재료는 재료의 증착 및/또는 성장 동안 나노구조체와 화학적으로 결합하지 않는 재료이며, 나노구조체와 초기에 결합한 다음 후속하여 제거되는 재료를 포함하지 않는다. "분자 결합 재료"의 범위 내에 있는 재료는 전술된 바와 같은, 가령 C60, C70 및 C84와 같은 풀러린 재료와, 다른 높은(큰) 및 낮은(작은) 풀러린, 또는 [예컨대, 플루오린(Fluorine), 브로민(Bromine), 아이오딘(Iodine) 또는 클로린(Chlorine) 치환체와 같은 할로겐 치환체을 구비한] 치환된 풀러린을 포함한다. 일부 구현예에서, 분자 결합 재료는 펜타센(Pentacene) 또는 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine)과 같은 p-형 유기 분자, 및/또는 나프탈렌테트라카르복실산 디이미드(naphthalenetetracarboxylic diimide; NTCDI) 및 테트라플루오로-테트라시아노키노디메탄(Tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane; F4TCNQ)과 같은 n-형 유기 분자를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 결합 재료는 금, 은, 팔라듐(Palladium), 티타늄(Titanium), 구리, 알루미늄 및 플라티늄(Platinum) 중 하나 이상을 포함하는 재료와 같은 금속 나노입자를 포함한다. 다른 구현예에서, 결합 재료는 무기 산화물(Al2O3 or SiO2), 또는 폴리머[폴리스티렌, 폴리(메틸 메타아크릴레이트), 폴리(비닐 페놀), 또는 전도성 폴리머 폴리티오펜(conducting polymer polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), PEDOT, 또는 폴리피롤(polypyrrole)]와 같은 절연 재료를 포함한다. 따라서, 풀러린 기반, 작은 유기 분자 기반, 폴리머 기반 및 금속 나노입자 기반 분자 결합 재료가 다양한 용례에 적합하도록 사용될 수 있다. "분자 결합 재료"의 범위 내에 있는 다른 재료는 다른 복합 폴리머(conjugated polymers) 및 그래핀을 포함한다.
상대적으로, "분자 결합 재료"의 범위 내에 있지 않은 재료는, 예를 들면 나노구조체와 화학적으로 결합되는 재료, 또는 나노구조체에 결합되는 다른 분자와 결합되는 도체(예컨대, 금속)를 포함한다. 이런 재료의 실례는 아미노산이 나노구조와 결합하며 추가적인 프로세스를 통해 아미노산이 제거되고 금속만이 잔존할 수 있는 골드-시스테인(gold-cysteine)과 같은 금속-아미노산 재료를 포함한다. "분자 결합 재료"의 범위 내에 있지 않은 다른 재료는 400℃ 보다 높은 프로세스에서 결합된 임의의 다른 재료를 포함한다.
본 출원이 이익을 주장하는, 기초가 되는 가특허 출원의 일부로서 제출된 첨부물에서 보다 구체적이며/실험적 형태의 실시예들을 포함하여 다양한 다른 예시적인 실시예들을 설명한다. 첨부물에(그리고 전체로서 기초가 되는 가특허 출원에) 개시된 실시예들은 이하 설명되고 도면에 도시된 실시예들 뿐만 아니라, 하나 이상의 전술된 실시예들 및 구현예들과 연계하여 구현될 수 있다. 예를 들면, 성능형 특성을 나타내는 다양한 실험적 형태의 다이어그램이 본 명세서에 설명된 바와 같은 특성을 나타내거나 및/또는 이런 특성에 따라 제조된 나노구조 장치와 함께 실행될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르는 결합 프로세스의 다양한 단계에서의 나노구조체 구성(100)을 도시한다. 여기서, A에서는 나노튜브(110 및 120)가 예로 도시되었으나, 이후 도시되고 설명되는 접근법은 여러 종류의 나노구조체(또는 상술한 바와 같은 마이크로 구조체)와 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들어, CNT, 단일 벽 나노튜브(SWNT), 이중 벽 나노튜브(DWNT), 다중 벽 카본 나노튜브(MWCNT), 카본 섬유, 나노재료 토우(nanomaterial tow), 그래핀, 무기 및/또는 유기 나노와이어, 나노재료 로프(예를 들어, 다양한 직경의 묶음) 중 하나 이상이 도시된 바와 같이 결합될 수 있다. 카이럴리티의 변동하는 나노튜브, 반전도성 나노튜브, 금속성 나노튜브, (예를 들어, ZnO, Ag, Au 또는 Si 중 하나 이상을 구비한) 무기 및 유기 나노와이어, 또는 이들의 조합과 같은 상이한 타입의 나노재료도 사용될 수 있다. 또한, 두 개의 나노튜브(110 및 120)가 도시되었으나, 다수의 이러한 나노구조체가 함께 결합될 수 있고, 또한 상이한 타입의 나노구조체(예를 들어, SWNT 및 MWNT)가 함께 결합될 수 있다. 결과적 구조체는 전도성 와이어, 회로 및/또는 이들 나노구조체의 전체 막과 같은 다양한 종류의 장치를 형성하도록 사용될 수 있다. 또한 나노구조체(110 및 120)의 밀도, 정렬, 길이 및 전체 두께(예를 들어, 1 내지 100 nm 이상의 범위)는 특정 용예에 맞춰지도록 설정된다. 또한, 나노구조체(110 및 120)는 자립형(free standing)이거나 기판 상에 형성될 수 있다.
분자 결합 재료는 B에서 예를 들어 용액으로부터 또는 진공상태에서 나노구조체(110 및 120)에 증착되고, 증착된 결합 재료는 C에 도시된 바와 같이 핵화되어, 나노구조체 사이의 접합부에서 나노구조체(110 및 120)를 물리적, 열적 및 전기적으로 결합하는 핵화된 결합 재료(130)를 형성하며, 이는 결합된 나노구조체의 전도성 및 강도 양자 모두를 향상시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로 결합 재료(130)는 결합 재료의 핵화 이전에, 서로에 대해 접촉 또는 (예를 들어 몇몇 나노미터) 분리된 상태일 수 있는 나노구조체를 접착, 융착하거나 다르게는 결합한다. 결합 재료의 증착 및 핵화는 도시된 바와 같이 나노구조체를 가로질러 실행될 수 있으나(예를 들어, 접합 핵화 부위로부터 구조체를 따라 성장함), 막에 전도성을 제공하는 상호연결 네트워크(network)를 형성하기 위해 이러한 나노구조체의 전체 막을 가로질러 실행될 수도 있다.
일부 실시예에서, 도핑제 재료(140)가 C에 도시된 바와 같은 나노구조체(110 및 120) 상에 증착되어 이를 도핑할 수 있다. 일부 구현예에서, 도핑제 재료(140)는 결합 재료(130)와 동일 재료이고, 결합 재료와 동시에 증착된다. 이러한 구현예에서, 도핑제 재료(140)는 접합부에 증착되어 나노구조체(110 및 120)를 따라 성장될 수 있다. 도핑제 재료(140)는 접합부로부터 떨어져서(예를 들어, 나노튜브의 측벽을 따라서), 나노구조체(110 및 120) 상에 직접 증착될 수도 있다. 다른 구현예에서, 도핑제 재료(140)는 결합 재료(130)의 증착과는 별개의, 또는 적어도 부분적으로 별개의 단계로 증착되고, 결합 재료와 동일한 및/또는 상이한 재료를 포함할 수 있다. 도핑제 재료(140)는 영구적 도핑을 달성하고 나노구조체(110 및 120)의 전도성을 증가시킬 수 있으며, 시간이 지나도 안정적이다.
일부 실시예에서, 먼저 결합 재료(130)가 증착되고, 이어서 도핑제 재료(140)가 증착되며, 결합 재료는 나노구조체보다 낮은 페르미(Fermi) 준위를 갖고, 도핑제 재료는 결합 재료보다 낮은 페르미 준위를 갖는다. 결합 재료는 (실시예에 적용될 수 있는 바와 같이) 도핑제 재료를 핵화하기 위해(예를 들어, 핵형성 위치로부터 도핑제 재료가 성장하는 것을 가능하게 하기 위해) 사용될 수 있다.
일부 예에서, 도핑제 재료(140)는 주위 재료와 비교하여 나노구조체(110 및 120)에 선택적이다. 예를 들어, 나노구조체(110 및 120)가 기판 상에 형성될 때, 도핑제 재료(140)는 기저 기판보다 나노구조체에 더 선택적으로 부착되고, 따라서 바람직한 수준의 투명성을 가능하게 한다. 도핑제 재료(140)의 두께는 바람직한 수준의 투명성에 따라 설정될 뿐 아니라, 그리고/또는 나노재료의 바람직한 최종 전도성에 따라 설정될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 하나 이상의 예시적인 실시예에 따르는, 다양한 제조 단계의 나노구조체를 도시한다. 도 2a에서, 점선으로 도시된 반전도성 나노튜브(210, 211 및 212)와 실선으로 도시된 금속성 나노튜브(220, 221, 222, 223 및 224)를 결합하기 위해, 반전도성 및 금속성 나노튜브가 정렬된다. 본 명세서에 반전도성 및 금속성 나노튜브가 도시되고 설명되었으나, 나노튜브의 다양한 예는 반-금속성일 수 있고 그리고/또는 반전도성 및/또는 금속성 특성을 구비한 다양하고 상이한 대역 갭을 나타낼 수 있다. 도 2b에서, 결합 재료가 나노튜브 사이의 접합부에 증착되며, 결합 재료(230)가 그 예로서 도시된다. 도 2c는 결합 재료가 각각의 나노튜브의 적어도 일부를 따라서 연장하는 부분(231, 232 및 233)과 함께 핵화된 나노튜브(210, 220 및 211)의 확대도를 도시한다. 또한, 결합 재료로 도핑된 나노튜브(210 및 211)는, 실선으로 표시되는 바와 같이 이제 금속성 나노튜브로 된다. 다양한 실시예에서, 핵화된 재료(231, 232 및 233)는 (도 2b에 도시된 중간 장치에 대해) 나노튜브를 따라 증착되고, 도시된 바와 같이 나노튜브를 따라 연장하기 위해 결합 재료(230)의 핵화에 추가적으로 및/또는 선택적으로 핵화된다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따르는, C60을 사용하여 결합된 나노구조체의 전류/전압 특성을 도시하는 플롯을 갖는 그래프(300)를 도시한다. 예의 방식으로, 플롯(310)은 접합 이전 (예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이) 서로에 대해 접촉 또는 근사 접촉 상태로 배열된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다. 플롯(320)은 도 2b에 도시된 바와 같이 C60을 사용하여 접합된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다. 다른 실시예는 C84와 같은 높은 풀러린 또는 C70을 사용하여 나노구조체를 결합하는 것을 포함한다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따르는, C60을 사용하여 결합된 고밀도 나노구조체의 전류/전압 특성의 플롯을 도시하는 그래프(400)이다. 해당 나노구조체는 도 3에 해당되는 나노구조물에 비해, 고밀도의 나노튜브를 갖는다. 예의 방식으로, 플롯(410)은 접합 이전 (예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이) 서로에 대해 접촉 또는 근사 접촉 상태로 배열된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다. 플롯(420)은 도 2b에 도시된 바와 같이 C60을 사용하여 결합된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다.
도 5는 예시적인 실시예에 따르는, C70을 사용하여 결합된 나노구조체의 전류/전압 특성의 플롯을 도시하는 그래프(500)이다. 예의 방식으로, 플롯(510)은 접합 이전에 (예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이) 서로에 대해 접촉 또는 근사 접촉 상태로 배열된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다. 플롯(520)은 도 2b에 도시된 바와 같이 C70을 사용하여 결합된 나노튜브를 구비한 나노튜브 네트워크의 전류/전압 특성을 나타낸다.
이후의 설명은 상술한 도면 및/또는 예시적인 실시예의 하나 이상과 관련하여 이루어질 것이다. 본 명세서(상술 및 후술)의 다양한 예시적인 실시예와 관련하여 사용된 용어 "나노구조체"는 흔히 약 1 나노미터 범위의 직경(및 수 천 나노미터를 초과할 수 있는 길이)을 갖는 카본 나노튜브와 같은 나노미터 규모의 치수 특성을 갖는 구조체를 지칭할 것이다. 다른 실시예에서, 용어 "나노구조체"는 수백 나노미터 내지 수 마이크로미터 범위의 직경을 갖는 카본 섬유와 같은 1 마이크로미터 근처(거의 이를 초과함)의 수백 나노미터 규모의 치수 특성을 갖는 구조체를 지칭한다. 또한, 용어 "나노구조체"는 다양한 실시예에서 이중 벽 나노튜브(DWNT) 그리고 3개 이상의 벽을 갖는 다중 벽 나노튜브(MWNT)를 지칭할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 혼성 구조체는 CNT-CNT 접합부에서 선택적으로 성장되는 풀러린 재료와 결합되는 CNT 네트워크을 포함한다. 풀러린(예를 들어, 나노글루)은 CNT-CNT 접합부의 접촉 저항을 감소시키고, 높은 전도성 막을 제공하고, 또한 결합 재료를 통해 CNT 네트워크가 강화됨에 따라 고강도 구조체를 제공한다. 몇몇 구현예에서, 비교적 두꺼운 풀러린 막이 CNT에 증착되고, CNT의 분자 오비탈 에너지와 비교하여 상대적으로 낮은 분자 오비탈 에너지를 갖고 CNT를 따라서 성장하여, 반전도성, 반금속성 및 다른 다양한 대역 갭을 갖는 CNT를 p-도핑하고, 금속성 CNT 또는 금속성 카본 혼성 막을 형성한다.
몇몇 실시예에서, C60을 포함하는 결합 재료가 카본 나노튜브(CNT)의 배열체 상에 증착되어, 나노튜브를 따라 연속적인 또는 거의 연속적인 구조체[또는 시스(sheath)]를 형성하고, 아래 놓인 CNT에 의해 템플레이트(template)되는 C60 나노와이어 형태의 구조체를 생성한다. 몇몇 용례에서, 풀러린은 CNT 사이의 접합 부위에 핵을 형성하고, 이후 CNT를 따라 성장한다. 일 예에서, 풀러린 재료는 CNT 상에 작은 입자를 형성하도록 약 1 내지 3 나노미터의 두께로 증착되고, CNT 사이의 접합부에서 이들 입자가 많이 존재한다. 증착된 풀러린의 두께는 다양한 용례에 적합해지도록 설정될 수 있다. 이러한 접근법과 관련하여, 증착된 풀러린의 두께를 증가시키는 것은 풀러린 입자의 폭 증가 대비 길이를 크게 증가시키는 것에 의해 수행될 수 있음이 발견되었다. 5 나노미터 이상의 풀러린 증착은 아래 놓인 CNT 템플레이트의 커버리지에 유효하고 높이가 보다 더욱 증가하게 된다. 따라서, 증착된 풀러린(또는 다른 결합 재료)의 두께는 최종 구조체 특성을 제어하도록 설정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, (상술한 바와 같이) C70을 포함하는 풀러린 기반 재료는 나노튜브를 결합하는데 사용된다. 이들 실시예와 관련하여, C70은 C60에 비해 나노튜브 상에 보다 완전한 성장을 나타내고, 약 5 나노미터 두께의 C70 레이어의 증착을 통해 본질적으로 연속적인 나노와이어를 형성하는데 사용될 수 있다는 점이 발견되었다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에 기재되어 있는 나노구조체는 하나 이상의 다양한 회로 및 장치의 사용에 적용될 수 있다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 다양한 장치에 적용될 수 있는 하나의 이러한 나노구조체(600)의 구성을 도시하고 있다. 카본 나노튜브 막(610, 620)은 서로에 대체로 평행하게 배열되고, 전술한 도 2c에 도시되어 있는 것과 같은 다수의 결합된 카본 나노튜브를 포함하고 있다.
다른 구현예에 있어서, 결합 재료는 용액 상태로 하나 이상의 나노구조체와 조합되고, 이어서 용액은 단일 단계에서 혼성 네트워크를 형성하기 위해 사용된다. 예를 들어, 결합 재료와 나노구조체의 용액은 기판 상에 증착 또는 코팅될 수 있고, 결합 재료는 접합부에서(예를 들어, 상호작용으로 인해) 시작하여 이러한 접합부로부터 연장됨으로써 본 명세서에 기재되어 있는 바와 같은 방식으로 나노구조체를 결합시키도록 사용되며, 이는 용액 내의 결합 재료의 양을 통해 제어될 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 카본 나노튜브 막 층(610)이 유리 또는 플라스틱과 같은 표면 상의 가요성의, 투명 전도성 코팅과 같은 막 층(620)과는 독립적으로 사용된다. 카본 나노튜브 막(610)은 전원(630)과 같은 다른 전자 회로 구성요소에 선택적으로 결합된다. 몇몇 구현예에 있어서, 카본 나노튜브 막(610)은 유리 표면 상에 코팅되고, 운송수단 유리(예를 들어, 자동차, 비행기, 열차 또는 헬멧의 창)에 성에를 제거하기 위해서와 같이 표면을 가열하기 위해 사용된다.
다른 구현예는 터치 스크린 장치를 형성하도록 막(610, 620) 양자 모두를 사용하는 것에 관한 것으로서, 막들 사이에는 스페이서 층(640)이 구비되어 있다. 막(610)에 압력이 가해질 때에, 막 내의 커패시턴스 또는 저항의 변화가 막(610, 620) 중 하나 또는 양자 모두에 선택적으로 결합되는 회로(650)를 통해 검지된다. 회로(650)는 예를 들어, 막 중 하나 또는 양자 모두에 그리드 타입 구성으로 결합될 수 있고, 그리드의 일부에서 커패시턴스 또는 저항의 변화를 검지하고, 그 내부에서 인가된 압력의 위치를 탐지하도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 나노구조체 구성(600)은 윈도우 및/또는 디스플레이용의 전기변색(electrochromic) 회로를 포함하고 있다. 이 실시예에 있어서, 스페이서 층(640)은 막(620) 상의 전기변색 재료와, 전기변색 재료 상의 이온-전도체와, 이온-전도체 상의 카운터 전극을 포함하는 3층 구조체이다. 막(610)은 카운터 전극 상에 배치되고, 최종 구조체(600)는 예를 들어 윈도우 유리의 창틀(pane) 사이에 또는 디스플레이를 위한 판독 표면 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전원(630)은 구조체(600)에 작은 전압을 인가하여, 윈도우를 어둡게 할 수 있고, 빛 및 열을 비롯한 다른 방사의 통로를 제어하기 위해 윈도우를 밝게 하도록 역 전압(reverse voltage)를 인가할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 기저 기판(720)과 후방 전극(730) 상에 혼성 카본 나노튜브 막(710)을 구비하는 전자 장치(700)를 도시하고 있다. 혼성 카본 나노튜브 막(710)은 전술한 바와 같이 결합되고, 몇몇 구현예에 있어서, 도 2c에 도시되어 있는 바와 같은 나노튜브를 따르는 결합(또는 다른 전도성) 재료의 도핑 또는 다른 성장을 통해 전도성이 추가로 변경되는 카본 나노튜브를 포함한다.
혼성 카본 나노튜브 막(710)을 생성하기 위해 사용되는 카본 나노튜브의 밀도 및/또는 구성은 용례에 따라 변경된다. 일 용례에 있어서, 카본 나노튜브를 따른 결합 재료의 길이는 핵화를 통해 설정되어(핵화될 때에 비결정질이기 때문에 응축 및/또는 결정화는 필요하지 않다), 다양한 유형의 나노튜브 막에 적합하도록 나노튜브의 거리, 분리 또는 밀도에 따라 나노튜브의 전도성을 설정한다. 이러한 용례에 있어서, 카본 나노튜브의 평균 길이는 카본 나노튜브를 따르는 재료가 결합되는 표면 영역을 증가시키도록 최적화될 수 있다. 예를 들어, 카본 나노튜브의 평균 길이는 예를 들어, 증기-액체-고체(VLS) 성장법, 아크-방전법, CVD법, 고압 CO 변환법(HiPCO), 레이저 절제법을 비롯한 다양한 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정을 사용하여, 카본 나노튜브의 평균 직경 및 평균 길이가 설정될 수 있고, 이로부터 카본 나노튜브의 밀도가 이러한 직경 및 길이의 함수로서 설정될 수 있다. 원하는 투명도의 함수로서 설정된 두께를 가진 막(710)에 대한 비제한적인 예로서, 이들 파라미터는 1-50nm의 평균 직경 및 100nm-100㎛ 사이의 평균 길이이고, 약 10 내지 1000/㎛2 사이의 밀도이며, 어떤 카본 나노튜브는 약 20cm까지 성장한다. 나노튜브 합성에 대한 일반적인 정보를 위해, 그리고 하나 이상의 예시적인 실시예와 관련하여 사용될 수 있는 합성 나노튜브에 대한 접근법에 대한 특정 정보를 위해, 본 명세서에 참조로서 완전히 통합되어 있는 「Chin Li Cheung, Andrea Kurtz, HongKun Park, and Charles M. Lieber, "Diameter-Controlled Synthesis of Carbon Nanotubes," J. Phys. Chem. B, 106(10), pp 2429-2433 (2002)」를 참조할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 장치(700)는 전자 디스플레이 또는 전자 종이의 일부로서 사용되고, 막(710)은 유리 또는 플라스틱 표면(720) 상에 배치(또는 코팅)된다. 전원(740)이 다양한 용도를 위해 후방 전극(730)과 막(710)(상부 전극) 사이에 전기장을 인가한다. 일 실시에 있어서, 전원(740)은 전자 종이 장치의 대전된 잉크를 활성화시키기 위해 전기장을 인가한다. 다른 실시에 있어서, 전원(740)은 LED 디스플레이용의 발광 다이오드(LEDs) 내로 캐리어를 주입하도록 전기장을 인가한다. 또 다른 실시에 있어서, 전원(740)은 LCD 디스플레이용의 액정 분자(liquid crystal molecule)를 스위칭시키도록 전기장을 인가한다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 장치(700)는 태양 전지 회로이고, 후방 전극(730)은 알루미늄과 같은 반사성 재료를 포함하며, 기저 기판(720)은 반도체 활성 층을 포함하고 있다. 혼성 카본 나노튜브 막(710)은 여기된 캐리어를 발생시키도록 빛이 반도체 활성 층(720)까지 관통할 수 있게 하는 투명 전극으로서 작용한다. 하나의 캐리어 형태(전자 또는 홀)가 상부 투명 전극(710)을 통해 수송되고, 다른 캐리어가 하부 전극(730)에 의해 수집된다. 회로가 회로에 의해 발생된 전력을 능동적으로 사용하고 및/또는 전력을 저장할 수 있는 부하 회로(750)에 의해 완성된다. 반도체 활성 층(720)은 유기 및 무기 재료 중 하나 또는 양자 모두를 포함하고 있다. 다른 실시에 있어서, 혼성 카본 나노튜브 막(710)은 실리콘계 태양 전지 상의 버스바아와 핑거 사이에서 추가 전하 수집기로서 작용할 수 있다. 또한, 혼성 막(710)은 작동 기능 호환성 및 다른 안정성 층을 위한 다른 투명한 전극 재료(예를 들어, ITO, FTO AZO)와 결합/조합되어 사용될 수 있다. 어떤 실시예에 있어서, 후방 전극(730)은 또한 바람직한 태양 전지 특성을 나타내도록 조정되는(예를 들어, 제어된 결합, 기능화 또는 다른 작동유형의 변경), 본 명세서에서 설명한 바와 같은 결합된 카본 나노튜브 막이다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 태양 전지 장치(800)를 도시하고 있다. 장치(800)는 도 7에 도시되어 있는 장치(700)와 유사하게 기저 활성 층(820) 및 후방 전극(830) 상에 혼성 카본 나노튜브 막(810)을 포함하고 있고, 혼성 카본 나노튜브 막(810)은 전술한 바와 같이 결합되고, 몇몇 실시에 있어서, 도시되어 있는 바와 같은 나노튜브를 따른 다른 결합(또는 다른 전도성) 재료의 성장 또는 도핑을 통해 전도도가 변경되는 카본 나노튜브를 포함하고 있다. 장치(800)는 또한 활성 층(820)에 인가되는 광에 반응하여 발생되는 전하 캐리어를 추출하기 위해 사용되는 몇 개의 버스-바아(840, 842, 844)를 포함하고 있다. 막(810)은 실버 버스-바아(840-844) 사이의 전하 수집을 용이하게 한다. 도 7에서 전술한 바와 같이, 후방 전극(830)은 알루미늄과 같은 반사성 재료를 포함하고 있다. 활성 층(820)은 고순도 결정 실리콘과 같은 반도체 타입 재료를 포함하고 있다.
[화살표(805)에 의해 지시되는] 광이 막(810)에 충돌할 때에, 막은 캐리어가 발생되고 실버 버스-바아(840-844)에 의해 수집되는 하부 활성 층(820)까지 광을 통과시키며, 막(810)은 실버 버스-바아에 의한 캐리어 수집을 촉진시킨다. 전기 장치, 저장 장치(예를 들어, 배터리), 또는 활성 회로와 저장 장치의 조합과 같은 로드(850)가 실버 버스-바아(840-844)과 후방 전극(830) 사이의 회로에서 연결된다. 이에 따라, 로드(850)는 활성 층(820) 내에 발생되는 회로 내의 전류 흐름에 의해 전력 공급된다.
기초가 되는 가특허 출원(그 일부를 형성하는 부속물을 포함)에서 설명하고, 도면에 도시되어 있는 다양한 실시예는 함께 구현되거나 및/또는 다른 방식으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 도면에 및/또는 기초가 되는 가특허 출원에 도시되어 있는 하나 이상의 항목은 보다 분리 또는 통합 방식으로 실시되거나, 또는 제거되거나 및/또는 소정의 경우에 작동 불가능하게 되며, 이는 특정 용도에 따라 유용하다. 예를 들어, 나노구조체에 대한 다양한 실시예가 약 1 나노미터 내지 수백 나노미터까지의 직경 또는 다른 수치 특성을 갖는 것과 같은 마이크로구조체에 의해 구현될 수 있다. 유사하게, 카본 기반 구조체를 사용하는 것을 특징으로 하는 실시예가 비카본 기반 구조체(예를 들어, 혼성 카본 재료 또는 다른 재료의 나노튜브)에 의해 실시될 수 있다. 본 명세서의 설명에 비추어 볼 때, 당업자라면 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한 다수의 변경이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (57)

  1. 나노구조체를 결합하는 방법이며,
    나노구조체 사이에 비-합금 분자 결합 재료를 증착하는 단계와,
    나노구조체로의 전하 전달을 실행하고 나노구조체 막 내에서 나노구조체를 물리적 및 전기적으로 함께 결합하는 혼성 재료를 형성하는 핵화된 재료를 나노구조체 사이에 형성하도록 결합 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  2. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체와 결합 재료를 화학적으로 결합시키지 않고 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하도록 나노구조체 사이의 핵화 부위로부터 핵화된 재료를 결정화 또는 응축하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  3. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체의 페르미 준위 미만인 페르미 준위를 갖는 비-중합성 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  4. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 금속 나노입자를 포함하고 나노구조체의 페르미 준위 미만인 페르미 준위를 갖는 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  5. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 풀러린 기반, 소형 유기 분자 기반, 폴리머 기반 및 금속 나노입자 기반 분자 결합 재료 중 적어도 하나를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  6. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체 막을 형성하도록 복수의 나노구조체를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  7. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하도록 결합 재료를 핵화하는 단계는 자립형 독립체, 자립형 매트, 자립형 와이어 및 자립형 케이블 중 적어도 하나를 형성하도록 나노구조체를 결합하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  8. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 단일 벽 카본 나노튜브, 이중 벽 나노튜브, 다중 벽 카본 나노튜브, 카본 파이버, 유기 나노와이어, 무기 나노와이어 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  9. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 용액과 기상(vapor phase) 재료 중 적어도 하나로부터 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  10. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 300℃ 미만인 온도에서 결합 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  11. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 적어도 하나의 나노구조체의 페르미 준위보다 적어도 0.026eV 낮은 페르미 준위를 갖는 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  12. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체 중 적어도 하나의 전도 대역 내의 최저 에너지 준위보다 적어도 0.026 eV 낮은 전도 대역을 갖는 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  13. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 약 5,000 Ohms/squre 미만인 시트 저항을 갖는 나노구조체 시트를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  14. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 시트 상의 광 입사의 적어도 40%를 통과시키는 나노구조체 시트를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  15. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 5,000 Ohms/squre 미만인 시트 저항과 시트 상의 입사광의 적어도 75%를 통과시키는 투과성을 갖는 나노구조체 시트를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  16. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체 중 적어도 하나의 페르미 준위 미만인 페르미 준위를 갖는 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  17. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체 중 적어도 하나에 전하를 수송하도록 구성된 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  18. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체 사이의 저항값을 적어도 20% 감소시키기에 충분한 전하를 수송하도록 구성된 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  19. 제1항에 있어서, 나노구조체 사이에 핵화된 재료를 형성하고 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하기 위해 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체의 다른 부분에서의 표면 에너지에 대비하여 나노구조체 사이의 접합부에서 표면 에너지 특성을 사용하여 접합부의 결합 재료의 선택적 핵화를 촉진하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  20. 제1항에 있어서, 결합 재료의 핵화 단계 이후, 핵화 부위로서 핵화된 재료를 사용하여 나노구조체 중 적어도 하나의 측벽을 따른 결합 재료의 성장을 지속하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  21. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 풀러린 기반 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체 사이에 핵화된 풀러린 기반 재료를 형성하여 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하도록 풀러린 기반 결합 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  22. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 전도성 구조체 형성 이전의 접합부에서의 나노구조체 사이의 전기 저항보다 실질적으로 작은 전기 저항으로 나노구조체를 전기적으로 결합시키도록 나노구조체 사이의 물리적 접합부에 전도성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  23. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 전도성 구조체의 형성 이전의 접합부에서의 나노구조체 사이의 전기 저항 미만의 크기 정도인 전기 저항으로 나노구조체를 전기적으로 결합하도록 나노구조체 사이의 물리적 접합부에서 전도성 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  24. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 카본 기반 나노튜브 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 카본 기반 나노튜브를 전도성 결합하도록 카본 기반 나노튜브 사이의 물리적 접합부에 전하 수송 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  25. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체 사이의 물리적 접합부에 전하 수송 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 이 전하 수송 구조체는 결합 재료의 증착 이전의 접합부에서의 나노구조체 사이의 접촉 영역보다 큰 나노구조체 각각의 영역과 접촉하는 나노구조체 결합 방법.
  26. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 다수의 나노구조체 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    나노구조체를 함께 물리적으로 결합하도록 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체를 포함하는 전도성 막을 형성하도록 나노구조체를 함께 결합하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  27. 제1항에 있어서, 핵화된 결합 재료로부터의 도핑제 재료로 나노구조체 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  28. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 두 개의 반전도성 나노튜브, 두 개의 금속성 나노튜브, 반전도성 나노튜브와 금속성 나노튜브 및 서로 다른 대역갭(bandgap)의 나노튜브 중 적어도 하나의 나노튜브 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체를 물리적으로 결합하고 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  29. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 핵화된 결합 재료로 나노구조체를 도핑하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  30. 제1항에 있어서, 나노구조체 상에 도핑제 재료를 증착하는 단계를 더 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체를 도핑하도록 도핑제 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  31. 제1항에 있어서, 나노구조체 상에 할로겐화 풀러린 재료를 증착하는 단계를 더 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체를 도핑하도록 할로겐화 풀러린 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  32. 제1항에 있어서, 나노구조체 상에 불화 풀러린 재료를 증착하는 단계를 더 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 나노구조체를 도핑하도록 불화 풀러린 재료를 핵화하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  33. 제1항에 있어서, 결합 재료를 핵화하는 단계는 결합 재료로부터 나노와이어를 형성하는 단계를 포함하고, 나노와이어는 나노구조체를 따라 연장하며 나노구조체를 물리적 및 전기적으로 결합하는 나노구조체 결합 방법.
  34. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 서로 접촉하지 않는 두 개의 나노구조체 사이에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    결합 재료를 핵화하는 단계는 상기 두 개의 나노구조체를 물리적 및 전기적으로 연결하는 핵화된 접합부에 혼성 재료를 형성하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  35. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체의 페르미 준위 미만인 페르미 준위를 갖는 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 핵화된 결합 재료로부터의 p-형 도핑제 재료로 나노구조체 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  36. 제1항에 있어서, 분자 결합 재료를 증착하는 단계는 나노구조체의 페르미 준위를 초과하는 페르미 준위를 갖는 분자 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 핵화된 결합 재료로부터의 n-형 도핑제 재료로 나노구조체 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  37. 나노재료 막을 형성하도록 나노구조체를 결합하는 방법이며,
    복수의 나노구조체 사이에 결합 재료를 증착하는 단계와,
    나노재료 막을 형성하도록 나노구조체를 함께 물리적으로 결합하기 위해 각 접합부에서 전도성 재료를 형성하도록 결합 재료를 핵화하는 단계와,
    접합부의 전도성 재료를 핵화 부위로서 사용하여 나노구조체를 따라 추가적 전도성 재료를 성장시키는 단계와,
    추가적 전도성 재료 내의 도핑제 재료를 사용하여 나노구조체 도핑 이전의 나노구조체의 저항값에 대비하여 나노구조체의 저항값을 감소시키도록 나노구조체를 도핑하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  38. 제37항에 있어서, 결합 재료를 증착하는 단계는
    나노재료 막을 위한 투명도를 선택하는 단계와,
    선택된 투명도에 응답하여, 증착 대상 결합 재료의 양을 결정하는 단계와,
    결정된 양의 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  39. 제37항에 있어서, 결합 재료를 증착하는 단계는 나노재료 막이 내부에 구성되는 장치를 위한 투명도를 선택하는 단계와,
    선택된 투명도에 응답하여, 증착 대상 결합 재료의 양을 결정하는 단계와,
    장치의 투명도를 설정하도록 결정된 양으로 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  40. 제37항에 있어서, 결합 재료를 증착하는 단계는 용액으로부터 재료를 증착하는 단계와 증기로부터 재료를 증착하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 나노구조체 결합 방법.
  41. 나노재료 막을 형성하도록 카본 기반 나노구조체를 결합하는 방법이며,
    복수의 카본 기반 나노구조체 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계와,
    카본 기반 나노구조체를 물리적으로 결합하고 카본 기반 나노구조체를 전기적으로 결합하여 나노재료 막을 형성하도록 접합부의 대부분에서 전하 수송 구조체를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계와,
    전하 수송 구조체를 핵화 부위로서 사용하여, 카본 기반 나노구조체의 측벽을 따라 그리고 접합부에서 전도성 재료를 성장시키는 단계와,
    전도성 재료로부터의 도핑제로 카본 기반 나노구조체의 측벽과 접합부를 도핑하는 단계와,
    카본 기반 나노구조체로부터의 재료와 결합 재료 및 도핑제 중 적어도 하나를 포함하는 혼성 재료를 형성하는 단계를 포함하고,
    혼성 재료는 혼성 재료 형성 이전의 카본 기반 나노구조체의 저항값 미만인 저항값을 나타내는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  42. 제41항에 있어서, 혼성 재료를 형성하는 단계는 카본 기반 나노구조체 및 결합 재료와 도핑제 중 적어도 하나의 스펙트럼 서명(spectroscopic signature)과는 실질적으로 다른 스펙트럼 서명을 갖는 혼성 재료를 형성하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  43. 제41항에 있어서, 혼성 재료를 형성하는 단계는 카본 기반 나노구조체 및 결합 재료와 도핑제 중 적어도 하나의 전자 대역 구조와는 실질적으로 다른 전자 대역 구조를 갖는 혼성 재료를 형성하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  44. 제41항에 있어서, 전하 수송 구조체를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 전하 수송 구조체 형성 이전의 접합부의 카본 기반 나노구조체 사이의 전기 저항보다 실질적으로 낮은 전기 저항으로 카본 기반 나노구조체를 전기적으로 결합하도록 카본 기반 나노구조체 사이의 물리적 접합부에 전하 수송 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  45. 제41항에 있어서, 결합 재료를 증착하는 단계는 유기 나노재료 막의 투명도를 설정하도록 결합 재료의 두께를 선택하고 결합 재료를 접합부 상에 선택된 두께로 증착하는 단계를 포함하고,
    증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 설정된 투명도를 가진 투명 전극을 형성하도록 카본 기반 나노구조체를 결합하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  46. 제41항에 있어서, 전하 수송 구조체를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 결합 재료를 증착 및 핵화하기 이전의 카본 기반 나노구조체 사이의 전도성의 적어도 10배인 전도성으로 카본 기반 나노구조체를 전기적으로 결합하도록 구성된 전하 수송 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  47. 제41항에 있어서, 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 카본 기반 나노구조체와 접촉하는 증착된 재료의 부분을 선택적으로 핵화하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  48. 제41항에 있어서, 복수의 카본 기반 나노구조체 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계는 두 개의 반전도성 나노튜브, 두 개의 금속성 나노튜브 및 반전도성 나노튜브와 금속성 나노튜브 중 적어도 하나 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    카본 기반 나노구조체를 물리적으로 결합하도록 접합부 각각에 전하 수송 구조체를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 나노튜브를 물리적으로 결합하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  49. 제41항에 있어서, 복수의 카본 기반 나노구조체 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계는 반전도성 카본 나노튜브와 금속성 카본 나노튜브 사이의 접합부에 결합 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    카본 기반 나노구조체를 물리적으로 결합하도록 접합부 각각에 전하 수송 구조체를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 금속성 카본 나노튜브와 반전도성 카본 나노튜브를 물리적으로 결합하는 단계를 포함하며,
    카본 기반 나노구조체의 측벽 상에 혼성 재료를 형성하도록 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 금속성 카본 나노튜브를 형성하도록 반전도성 카본 나노튜브의 측벽을 도핑하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  50. 제49항에 있어서, 금속성 카본 나노튜브를 형성하도록 반전도성 카본 나노튜브의 측벽을 도핑하는 단계는 반전도성 카본 나노튜브의 실질적 전부를 금속성 카본 나노튜브로 변환하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  51. 제41항에 있어서, 증착된 결합 재료를 핵화하는 단계는 복수의 카본 기반 나노구조체를 가로질러 핵화된 결합 재료와 연속적 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 카본 기반 나노구조체 결합 방법.
  52. 전자 회로이며,
    복수의 나노구조체를 포함하는 막과,
    접합부에서 나노구조체를 물리적 및 전기적으로 결합하도록 구성된 핵화된 결합 재료를 포함하고,
    전기 회로 내의 결합 재료의 대부분은, 어떠한 나노구조체에도 물리적 및 전기적으로 결합되지 않은 핵화된 재료에 대비하여 막을 통한 광 투과율을 설정하도록 나노구조체 중 적어도 하나에 물리적 및 전기적으로 결합되어 있는 전자 회로.
  53. 제52항에 있어서, 복수의 나노구조체는 금속성 나노구조체와 도핑된 반전도성 나노구조체를 포함하는 전자 회로.
  54. 제52항에 있어서, 복수의 나노구조체는 금속성 나노구조체와 도핑된 반전도성 나노구조체를 포함하고,
    핵화된 결합 재료는 금속성 나노구조체와 도핑된 반전도성 나노구조체 사이의 핵화된 결합 재료를 포함하는 전자 회로.
  55. 제52항에 있어서, 복수의 나노구조체는 금속성 나노구조체와 도핑된 반전도성 나노구조체를 포함하고, 도핑된 반전도성 나노구조체는 결합 재료 내의 재료와 동일한 도핑제 재료를 갖는 전자 회로.
  56. 제52항에 있어서, 복수의 나노구조체 및 결합 재료는 막 상의 입사광의 적어도 40%를 통과시키는 투명막을 형성하는 전자 회로.
  57. 제52항에 있어서, 복수의 나노구조체는 두 개의 반전도성 나노튜브 사이, 두 개의 금속성 나노튜브 사이, 반전도성 나노튜브와 금속성 나노튜브 사이를 포함하여, 그 사이에 접합부를 구비하는 나노구조체를 포함하는 전자 회로.
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