RU2526969C2 - Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления - Google Patents

Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2526969C2
RU2526969C2 RU2011135085/05A RU2011135085A RU2526969C2 RU 2526969 C2 RU2526969 C2 RU 2526969C2 RU 2011135085/05 A RU2011135085/05 A RU 2011135085/05A RU 2011135085 A RU2011135085 A RU 2011135085A RU 2526969 C2 RU2526969 C2 RU 2526969C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
network
structures
bacm
contact
Prior art date
Application number
RU2011135085/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011135085A (ru
Inventor
Дэвид П. БРАУН
Брэдли Дж. ЭЙТЧИСОН
Альберт Г. НАСИБУЛИН
Эско И. КАУППИНЕН
Original Assignee
Канату Ой
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Канату Ой filed Critical Канату Ой
Publication of RU2011135085A publication Critical patent/RU2011135085A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2526969C2 publication Critical patent/RU2526969C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0075—Manufacture of substrate-free structures
    • B81C99/0085—Manufacture of substrate-free structures using moulds and master templates, e.g. for hot-embossing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии нанесения пленок и касается конструкций, включающих молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), и способа их изготовления. Наноуглеродная пленочная конструкция, включающая ВАСМ-структуры, где конструкция включает по существу плоскую сеть из случайным образом ориентированных ВАСМ-структур и подложку, находящуюся в контакте с сетью. Подложка имеет отверстие, причем по периферийной области указанного отверстия сеть контактирует с подложкой так, что средняя часть сети является незакрепленной на подложке. Способ включает стадии изготовления плоской сети из ВАСМ-структур на подготовительной подложке вблизи или в контакте с подложкой, имеющей отверстие, путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку и в отверстие подложки, и удаления подготовительной подложки с сети. Изобретение обеспечивает создание новых типов конструкций, включающих ВАСМ-структуры. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технологии нанесения пленок. Конкретно данное изобретение относится к пленочным конструкциям, включающим молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Углеродные нанотрубки (УНТ) обладают уникальными электрическими, оптическими, термическими и механическими свойствами, которые делают их перспективным материалом для многих применений. Проблема, связанная с использованием углеродных нанотрубок в этих применениях, заключается в том, что изготовление и обработка отдельно существующих (автономных) пленок, включающих углеродные нанотрубки или другие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), такие как углеродные нанопочки (молекулы, имеющие молекулу фуллерена, ковалентно связанную с боковой стороной углеродной нанотрубки), целлюлозные волокна, нанопровода, наностержни и т.д., сложны с использованием способов существующего уровня техники. Автономные пленки из молекулярных структур с высоким аспектным соотношением нуждаются в применении различных электрических и механических устройств, чтобы снизить вредное воздействие на работу устройства, вызванное сплошной подложкой, поверх которой нанесена пленка (или сеть) из ВАСМ-структур.
Известным способом изготовления автономных пленок, включающих углеродные нанотрубки, является вертикальное выращивание УНТ на подложке в виде «леса» с последующим снятием пленки из нанотрубок с поверхности так, что индивидуальные УНТ контактируют друг с другом, образуя механически прочный, автономный лист из нанотрубок, называемый бумагой повышенной упругости (buckypaper). Пример этого способа описан в научной публикации «Carbon, т.45 (2007), с. 2880-2888». Другую технологию изготовления листов бумаги повышенной упругости часто упоминают как «формирование посредством толкания домино»; в этом способе очень тонкую микропористую мембрану помещают поверх матрицы УНТ, а затем по образцу медленно перемещают с усилием стальной цилиндр. При этом все УНТ толкают в одном направлении и разглаживают их между мембраной и кремниевой подложкой. Затем мембрану и бумагу повышенной упругости снимают с кремниевой подложки и мембрану удаляют, в результате чего получают в высокой степени упорядоченный, автономный лист бумаги повышенной упругости (Nanotechnology, 19 (2008) 075609, pp. 1-6).
Недостатком автономного листа бумаги повышенной упругости является то, что молекулы нанотрубок в листе ориентированы в одном направлении, что ограничивает возможности использования материала бумаги повышенной упругости для различных электронных устройств или для других применений. Кроме того, из-за механизма формирования бумаги повышенной упругости из нанотрубок посредством толкания или вытягивания домино проблематично синтезировать очень тонкие, очень прозрачные и однородные слои из бумаги повышенной упругости с помощью известных способов синтеза. Более того, изготовление автономного листа бумаги повышенной упругости из одностенных углеродных нанотрубок все еще является трудновыполнимой задачей.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является устранение вышеупомянутых технических проблем существующего уровня техники путем обеспечения новых типов конструкций, включающих молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, а также способов изготовления таких конструкций.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Продукт по данному изобретению отличается тем, что представлено в независимом п.1 формулы изобретения.
Способ по данному изобретению отличается тем, что представлено в независимом п.4 формулы изобретения.
Применение по данному изобретению отличается тем, что представлено в п.10 формулы изобретения.
Конструкция по данному изобретению включает молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), где конструкция включает по существу плоскую сеть ВАСМ-структур и подложку, находящуюся в контакте с этой сетью. Подложка имеет отверстие, по периферийной области которого сеть контактирует с подложкой так, что средняя часть сети является незакрепленной на подложке. Указанная сеть содержит по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры.
Способ изготовления конструкции, включающей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), по данному изобретению включает стадии:
- изготовления по существу плоской сети из ВАСМ-структур на подготовительной подложке путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку;
- приведения сети на подготовительной подложке в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие;
- перенесения сети на подложку так, что сеть контактирует с подложкой в периферийной области имеющегося в подложке отверстия, а средняя часть сети является незакрепленной на подложке; и
- удаления подготовительной подложки с сети.
Способ изготовления конструкции, содержащей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), по данному изобретению включает стадии:
- изготовления по существу плоской сети по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур на подготовительной подложке путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку;
- приведения сети на подготовительной подложке в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие;
- переноса сети на подложку так, что сеть контактирует с подложкой по периферийной области отверстия в подложке, а средняя часть сети является незакрепленной на подложке; и
- удаления подготовительной подложки с сети.
Конструкции по данному изобретению используют в устройстве, выбранном из группы оптических элементов в лазерах, формирователей световых импульсов, аудио-громкоговорителей, фильтров для аэрозольных частиц, газовых фильтров, датчиков давления, датчиков потока, датчиков частиц, газовых датчиков, электромагнитных приемников и антенн.
В лазере или в формирователе световых импульсов конструкция по данному изобретению может устранять негативное воздействие, оказываемое подложкой на работу устройства. Такое негативное воздействие может представлять собой, например, оптическое поглощение или отражение от поверхностей раздела подложки. Эта конструкция также устраняет ограничения по переносу тепла, которые может вызывать подложка, а эти ограничения могут ухудшать поведение ВАСМ-сети, например, в поглотителе с насыщением в оптическом устройстве.
В применениях для механической фильтрации, например в фильтрах для частиц или газовых фильтрах, конструкция по данному изобретению обеспечивает преимущество в отношении хорошей функциональности. Сетку фильтра, то есть сеть ВАСМ-структур, можно функционализировать в ходе процесса ее синтеза, чтобы ввести в молекулы с высоким аспектным соотношением функциональные, например антибактериальные, группы. Сетку фильтра также легко можно нагреть, например, резистивно, чтобы очистить и/или стерилизовать сетку после процесса фильтрации. В громкоговорителе конструкция по данному изобретению позволяет получить быстрое время отклика и, таким образом, работу в широком диапазоне частот в результате улучшенного рассеяния тепла.
При использовании в датчиках сеть ВАСМ-структур в конструкции по данному изобретению в качестве чувствительной части датчика обеспечивает быстрое достижение чувствительной поверхности, большую площадь чувствительной поверхности и хорошую чувствительность.
Конструкция и способ по данному изобретению неожиданно обеспечивают сеть из ВАСМ-структур, у которой боковые стороны по существу плоской сети нанесены на подложку, в то время как средняя часть сети не нанесена на подложку (то есть является автономной). Таким образом, ВАСМ-сеть (сеть из ВАСМ-структур) в конструкции можно рассматривать, как «полуавтономную».
«Полуавтономная» сеть и связанный с ней способ изготовления обеспечивают несколько преимуществ. «Полуавтономной» сетью можно легко манипулировать и/или хранить ее на подложке. Способ изготовления и «полуавтономная» конструкция пригодны для создания очень тонких и очень прозрачных сетей из материала, содержащего ВАСМ-структуры. «Полуавтономная» сеть позволяет также легко вводить эту сеть в конструкции различных устройств. Изготовление конструкции по данному изобретению можно осуществить, только в качестве примера, путем соответствующего выбора подложки и подготовительной подложки так, чтобы поверхностная энергия подложки была выше, чем поверхностная энергия подготовительной подложки. Это можно использовать для того, чтобы в результате получить суммарную силу притяжения сети с подготовительной подложки к подложке.
В одном из воплощений данного изобретения сеть включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры. Способ по данному изобретению позволяет осуществить изготовление «полуавтономных» сетей ВАСМ-структур, в которых индивидуальные молекулы с высоким аспектным соотношением, например УНТ или даже одностенные УНТ, могут быть ориентированы случайным образом. Это отличается, например, от бумаги повышенной упругости (buckypaper), в которой УНТ ориентированы по существу в одном направлении. Случайная ориентация отдельных молекул дает много преимущественных эффектов, например, в отношении свойств сети ВАСМ-структур. Эти эффекты включают, не ограничиваясь этим, высокую электрическую и термическую проводимость, изотропную электрическую и термическую проводимость, хорошую механическую стабильность и износостойкость, высокую однородность по толщине и пористости, большую площадь поверхности и химическую реакционноспособность, хорошую изотропию в отношении однородности, термических, электрических, оптических свойств и механики текучих сред, а также хороший контроль над вышеупомянутыми свойствами.
В одном из примеров воплощения данного изобретения подложка представляет собой по существу плоскую пластину, отверстие в которой представляет собой полость в средней части пластины. Эта форма подложки пригодна для простого переноса ВАСМ-сети с подготовительной подложки на подложку. Кроме того, подложки такой формы просто изготовить, например, удаляя часть из середины тонкой пластины из полимера или стекла.
В другом примере воплощения данного изобретения сеть включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры, выбранные из группы молекул углеродных нанотрубок и молекул углеродных нанопочек. Например, благодаря высокой механической прочности УНТ хорошо подходят для изготовления «полуавтономной» сети по данному изобретению. Сеть из УНТ также обладает многими важными свойствами, которые делают сеть из УНТ особенно пригодной для применений в области, например, технологии изготовления, электроники, оптики, фильтрации и очистки, акустики, технологии материалов и даже в биотехнологии. Эти свойства включают высокое аспектное соотношение, малый диаметр, высокую механическую прочность, а также высокую тепловую и электрическую проводимость.
В одном из примеров воплощения данного изобретения стадия приведения нанесенной на подготовительную подложку сети в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие, включает нанесение сети на подготовительную подложку, находящуюся в непосредственной близости к подложке.
В одном из воплощений данного изобретения способ по данному изобретению включает стадию помещения нанесенной на подложку сети в поток газа так, чтобы газ протекал через сеть и через отверстие в подложке, для осуществления модификации сети. Частично (или полу) автономная конструкция по данному изобретению хорошо поддается газофазной обработке и модификации, поскольку нанесенную на подложку сеть можно поместить в поток газа, и используемый для обработки газ можно легко пропускать через сеть и через отверстие в подложке.
В другом примере воплощения данного изобретения способ по данному изобретению включает стадию помещения жидкости на нанесенную на подложку сеть так, чтобы жидкость впитывалась и покрывала сеть. Это можно использовать, например, для модификации или повышения механических, оптических, термических или электрических свойств сети.
В другом примере воплощения данного изобретения жидкость представляет собой растворитель с растворенным в нем веществом.
В еще одном примере воплощения данного изобретения способ по данному изобретению включает стадии:
- приведения находящейся на подложке сети в контакт с третичной подложкой, при этом поверхностная энергия третичной подложки меньше, чем поверхностная энергия подготовительной подложки, и
- перенос сети с подложки на третичную подложку.
Примеры воплощения данного изобретения, описанные выше по тексту данного описания, можно использовать в любых комбинациях друг с другом. Несколько примеров воплощения можно объединять друг с другом с получением дополнительного примера воплощения данного изобретения. Продукт, способ или применение, с которым связано данное изобретение, может включать по меньшей мере один из примеров воплощения данного изобретения, описанных выше по тексту данного описания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее данное изобретение будет описано более подробно, с примерами воплощения, со ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:
Фиг.1а представляет собой первый чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.1b представляет собой второй чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.1с представляет собой третий чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.1d представляет собой четвертый чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.2а представляет собой первый чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.2b представляет собой второй чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.2с представляет собой третий чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.
Фиг.3а представляет собой первый чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения,
Фиг.3b представляет собой второй чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения,
Фиг.3с представляет собой третий чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения, и
Фиг.4 представляет собой технологическую схему, представляющую способ по одному из примеров воплощения данного изобретения,
Фиг.5 демонстрирует громкоговоритель, изготовленный из автономной пленки УНТ.
Для упрощения в случае повторяющихся компонентов одинаковые номера будут сохранены и в последующих примерах воплощения изобретения.
Фиг.1а-1d представляют собой серию чертежей, схематически иллюстрирующих способ изготовления продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения. На каждом из чертежей в левой стороне схематически изображен вид конструкции в сечении в направлении, перпендикулярном поверхности плоской подготовительной подложки 1. Схематическое изображение в правой части каждого чертежа представляет собой вид конструкции сверху. Иллюстрация блок-схемы технологического процесса соответствующего способа представлена на Фиг.4.
На Фиг.1а и 1b сеть 2 по существу случайным образом ориентированных УНТ (в этом и последующих примерах воплощения данного изобретения можно также рассматривать сеть 2, содержащую ВАСМ-структуры, отличные от УНТ) нанесена на подготовительную подложку 1 (стадия S1 на Фиг.4). На Фиг.1с плоскую подложку 3 в виде пластинки с круглым отверстием (полостью) 5 в середине помещают в непосредственной близости с УНТ-сетью 2 и прижимают к ней (стадии S2 и S3 на Фиг.4). Периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) приходит в контакт с подложкой 3 (или с сетью 2), и сеть 2 покрывает отверстие 5 в подложке 3 в виде пластинки. Наконец, на Фиг.1d, подготовительную подложку 1 удаляют из контакта с УНТ-сетью 2 (стадия S4 на Фиг.4). Эта стадия возможна за счет более сильной адгезии сети 2 к подложке 3, чем к подготовительной подложке 1, что является результатом более высокой поверхностной энергии подложки 3 по сравнению с подготовительной подложкой 1. Разница поверхностных энергий подготовительной подложки 1 и подложки 3 позволяет легко удалить подготовительную подложку 1 со структуры, не рискуя разорвать сеть 2. Для перемещения сети 2 с подготовительной подложки 1 на подложку 3 можно также использовать силу притяжения, вызываемую, например, электростатической силой, центробежной силой, адгезионными силами или применением адгезивов.
Фиг.2а-2с представляют собой серию чертежей, схематически иллюстрирующих способ изготовления продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения. Схема в левой части каждого чертежа представляет собой вид в сечении конструкции в направлении, перпендикулярном к поверхности плоской подготовительной подложки 1. Схема в правой части каждого из чертежей представляет собой вид конструкции сверху.
На Фиг.2а и 2b сеть 2 из по существу случайным образом ориентированных УНТ наносят на подготовительную подложку 1, которая в этом примере воплощения перед нанесением расположена вблизи или в контакте с подложкой 3. Сеть 2 наносят на подготовительную подложку 1 и в отверстие 5 подложки 3. Это можно осуществить с помощью способа селективного нанесения, или же формируя рисунок сети 2 после нанесения с применением обычных технологий структурирования. Селективное нанесение сети 2 можно осуществить, например, путем соответствующего выбора материалов подложки 3 и подготовительной подложки 1. Подготовительная подложка 1 может представлять собой, например, пористый материал, который позволяет газам протекать через него, в то время как подложка 3 может быть сплошным непористым материалом. Затем можно селективно нанести в отверстии 5 сеть 2, содержащую УНТ, из газовой фазы, направляя газовый поток, содержащий УНТ, через пористую подготовительную подложку 1, в то время как нанесения УНТ на непористую подложку не происходит, поскольку молекулы УНТ только протекают мимо подложки. В этом примере воплощения периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) приходит в контакт с подложкой 3 (или с сетью 2), и сеть 2 прилипает к вертикальным боковым стенкам, образующим периферийную область 4 (см. Фиг.2b и 2с) отверстия 5.
Следовательно, сеть 2 покрывает отверстие 5 в подложке 3. Для получения полуавтономной сети 2, фиг.2с, подготовительную подложку 1 можно в конце процесса легко удалить со структуры. Сделать это позволяет более сильная адгезия сети 2 к подложке 3, чем к подготовительной подложке 1, что является результатом более высокой поверхностной энергии подложки 3 по сравнению с подготовительной подложкой 1.
Частично (полу) автономную пленку можно затем модифицировать, например, путем уплотнения ее этанолом в виде жидкости или пара. Полуавтономную пленку можно также функционализировать путем химической обработки, например азотной кислотой, в виде жидкости или пара, или нанесением на сеть 2 частиц, например наночастиц, или нанесением на сеть 2 пленок такими способами, как химическое осаждение из газовой фазы, осаждение атомных слоев или напыление. Модификацию можно осуществить, например, помещением сети 2 на подложке 3 в поток газа с последующим пропусканием применяемых для обработки газов через сеть 2 и через отверстие 5 в подложке 3.
Вышеупомянутую модификацию (обработку) можно использовать, например, для изменения эффективности абсорбции, прозрачности, отражательной способности, тепло- или электропроводности, механической прочности, гибкости или эластичности, или химической активности сети 2. После проведения соответствующей обработки полуавтономную пленку можно использовать, например, в качестве оптического элемента в лазере или формирователе световых импульсов; автономного термического аудио-громкоговорителя, фильтра для аэрозольных частиц или газов, датчиков давления, потока, частиц или газов, или в качестве приемника или антенны.
Кроме того, полуавтономную структуру пленки можно использовать для создания покрытия на третичной подложке 6, на поверхность которой трудно нанести покрытие непосредственно. Эти поверхности могут представлять собой поверхности, например, с низкой поверхностной энергией (например, ниже, чем у подготовительной подложки 1) или же с грубой морфологией поверхности. Нанесение покрытия на эти поверхности можно осуществить, получая сначала полуавтономную структуру, с последующим помещением сети 2 в непосредственной близости с третичной подложкой 6 так, чтобы пленка была притянута к третичной подложке 6.
На практике сеть 2 можно перенести на третичную подложку 6, обладающую низкой поверхностной энергией, например, путем напрессовывания сети 2 на подложку 3, расположенную напротив третичной подложки 6, и вырезания автономной области сети 2, расположенной над отверстием 5 подложки 3. Вышеупомянутая технология нанесения на третичную подложку 6 схематически проиллюстрирована серией чертежей Фиг.3а-3с. Фиг.3а и Фиг.3b схематически иллюстрируют поперечное сечение слоистой конструкции в ходе процесса, а Фиг.3с представляет собой вид сверху конечного продукта этого процесса. Фиг.3b представляет, как сеть 2 вырезают перед переносом сети 2 на третичную подложку 6. Вырезание сети легко можно осуществить через отверстие 5 в подложке 3. Одну или более областей сети 2 после перенесения можно оставить на подложке 3.
Частично (полу) автономная конструкция хорошо подходит для газофазной обработки и модификации, поскольку сеть 2 на подложке 3 можно поместить в поток газа, и применяемые для обработки газы легко можно направить через сеть 2 и через отверстие 5 в подложке 3. Такой способ можно использовать, например, для осаждения вторичного материала на сеть 2 или в нее посредством, например, формирования гетерогенных зародышей (конденсации) или механической фильтрации. Этот вид технологии можно также применять, например, для изготовления композиционных сетей 2, содержащих, например, наночастицы и ВАСМ-структуры. В этом случае наночастицы можно фильтровать из газов, пропускаемых через сеть 2. Наночастицы в сети 2 могут служить, например, для увеличения проводимости сети 2. Для дополнительной модификации композиционной сети 2 можно использовать резистивное нагревание.
Пример 1
Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) были синтезированы в реакторе с ламинарным потоком аэрозоля (плавающим катализатором) с использованием моноксида углерода и ферроцена в качестве источника углерода и предшественника катализатора, соответственно. Затем материалы ОУНТ были отобраны непосредственно из газовой фазы ниже реактора по ходу технологического потока путем фильтрования через дисковый фильтр из нитроцеллюлозы (или серебра) диаметром 2,45 см (Millipore Corp., США). В последующих примерах фильтр играет роль подготовительной подложки 1, хотя, согласно данному изобретению, возможны и другие средства получения сети 2 волокнистого материала на подготовительной подложке 1. Подробности способа синтеза ОУНТ можно найти, например, в публикации патентной заявки WO 2005/085130, которая включена в текст настоящего описания посредством ссылки.
Как было измерено, температура нанесения на поверхность фильтра (подготовительной подложки 1) составляла 45°С. Толщину слоя сети 2 ОУНТ регулировали с помощью времени осаждения, которое можно было изменять от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от желаемой толщины сети. Отложения, собранные на фильтрах 1, представляли собой сети 2 ОУНТ со случайной ориентацией.
Впоследствии применяли физическое давление для переноса сети 2 на подложку 3. Давление можно получить, например, путем приложения усилия к двум параллельным пластинам, в то время как подготовительная подложка 1, содержащая сеть 2, и подложка 3 помещены между этими параллельными пластинами. Подготовительную подложку 1 устанавливали так, чтобы при зажатии сети 2 между подготовительной подложкой 1 и подложкой 3 периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) контактировала с подложкой 3 (или с сетью 2), а средняя часть сети 2 покрывала отверстие 5 в подложке 3.
Сети 2 ОУНТ переносили на подложки 3 из пленки полиэтилентерефталата (ПЭТ) (DuPont Teijin), имеющие отверстие 5 в средней части пленки. Этот материал был выбран ввиду его подходящей гибкости и поверхностной энергии.
Для переноса ОУНТ-сети 2 на подложки 3 из пленки ПЭТ и объединения с ними, ВАСМ-структуры (в данном случае, УНТ) сначала наносили на подготовительную подложку 1. После прессования подготовительную подложку 1 удаляли с УНТ-сети 2.
При дальнейшей обработке и в соответствии с другим примером воплощения данного изобретения сеть 2 УНТ можно уплотнить или на подготовительной подложке 1, или на подложке 3, с помощью интеркалирующего материала, например этанола.
В вышеупомянутом примере фильтр играл роль подготовительной подложки 1, пленка ПЭТ играла роль подложки 3, а для переноса сети 2 с подготовительной подложки 1 на периферийную область 4 подложки 3 над отверстием 5 подложки 3 использовали различие в адгезионной силе Ван-дер-Ваальса (и в поверхностной энергии). Для модификации сети 2 ОУНТ применяли уплотнение этанолом.
Подложку 3 из пленки ПЭТ, имеющую отверстие 3 в средней части пленки, помещали на плоскую поверхность. Затем подготовительную подложку 1, покрытую сетью 2 УНТ, помещали в непосредственной близости к подложке 3 из пленки ПЭТ и прилагали усилие, чтобы напрессовать сеть 2 на ПЭТ подложку по периферийной области 4 сети 2 (или отверстия 5), в течение примерно 5-10 с. После удаления подготовительной подложки 1 с сети 2 неожиданно обнаружили, что сеть 2 УНТ прочно закреплена над отверстием 5 подложки 3 из пленки ПЭТ, в виде полуавтономной пленки.
Пример 2
Громкоговоритель
Пленку из случайным образом ориентированных автономных УНТ перенесли на отверстие (Фиг.5) в ПЭТ подложке. Посредством электрических проводов 8 был присоединен источник 7 питания (разъем микрофона на компьютере) для пропускания изменяющегося тока через УНТ.
Фильтр для аэрозоля
Благодаря их высокой пористости и прочности, случайным образом ориентированные автономные пленки УНТ были использованы в качестве фильтров для аэрозолей. С этой целью пленка УНТ была присоединена к подложке так, чтобы она полностью закрывала отверстие. В этом случае частицы аэрозоля задерживались при прохождении потока через пленку. В зависимости от диаметра частиц и расхода эффективность и показатель качества фильтра составляли в диапазоне 99,5-99,9998% и 20-120. Эффективность оценивали следующим образом:
E = C i n − C o u t C i n ⋅ 100 %
Figure 00000001
где Cin и Cout представляют собой концентрацию аэрозоля, входящего в фильтр и выходящего из него. Качество фильтров можно оценить на основе его эффективности и для заданного размера частиц и перепада давления, Δp:
q F = − 1 n ( 1 − E ) Δ p
Figure 00000002
Чем выше значение показателя качества фильтра, тем лучше фильтр.
Лампа накаливания
Автономные пленки УНТ были использованы в качестве нити в лампе накаливания. С этой целью для получения света пленку УНТ подвешивали между двух вольфрамовых проволок и резистивно нагревали до 1200-1400°С с применением или постоянного, или переменного тока. Благодаря случайной ориентации и множественных взаимных пересечений пленка оставалась целостной даже при 1400°С, а излучаемый свет оставался однородным по всей пленке.
Поглотитель с насыщением
Другую важную функциональную возможность автономных пленок ОУНТ можно проиллюстрировать в качестве компонента лазера - поглотителя с насыщением. Ключевым элементом в оптическом резонаторе волоконного лазера с синхронизованными модами является нелинейный элемент, инициирующий импульсную работу. Мы продемонстрировали применение автономной пленки ОУНТ для синхронизации мод в волоконном лазере, работающем при длинах волн 1,0, 1,6 и 2,0 мкм.
Химический датчик
Другое применение автономная пленка УНТ может найти в электроанализе в качестве материала электрода. Благодаря их уникальным свойствам, таким как высокая проводимость, площадь поверхности, электрохимическая стабильность, низкие фоновые токи и электрокаталитические свойства, УНТ можно использовать для электрохимических определений. Мы продемонстрировали превосходные сенсорные свойства электродов из автономных ОУНТ для электрохимического определения глюкозы и допамина. Пленку УНТ переносили на ПЭТ подложку с отверстием так, чтобы полностью его закрыть. Контакт с УНТ и подводящие провода были изготовлены с использованием серебряной электропроводной пасты, и они находились вне раствора. Датчик на основе пленки УНТ продемонстрировал широкий диапазон концентраций (от 0,1 до 100 мкМ) и чрезвычайно низкий предел определения (около 100 нМ).
Как это ясно для специалистов, данное изобретение не ограничено вышеописанными примерами, но примеры его воплощения могут свободно изменяться в пределах объема формулы изобретения.

Claims (9)

1. Способ изготовления наноуглеродной пленочной конструкции, включающей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), отличающийся тем, что способ включает стадии:
- изготовления по существу плоской сети (2) из по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур на подготовительной подложке (1) вблизи или в контакте с подложкой (3), имеющей отверстие (5), путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку (1) и в отверстие (5) подложки (3); и
- удаления подготовительной подложки (1) с сети (2).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ включает стадию:
- помещения сети (2) на подложке (3) в поток газа так, чтобы газ проходил через сеть (2) и через отверстие (5) в подложке (3), для осуществления модификации сети (2).
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ включает стадию:
- нанесения жидкости на сеть (2) на подложке (3) так, чтобы жидкость впитывалась и покрывала сеть (2).
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что жидкость представляет собой растворитель с растворенным в нем веществом.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что способ включает стадии:
- приведения сети (2), находящейся на подложке (3), в контакт с третичной подложкой (6), при этом поверхностная энергия третичной подложки (6) ниже, чем поверхностная энергия подготовительной подложки (1), и
- переноса сети (2) с подложки (3) на третичную подложку (6).
6. Наноуглеродная пленочная конструкция, изготовленная по способу по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что конструкция включает молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), где конструкция включает по существу плоскую сеть (2) по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур и подложку (3), находящуюся в контакте с сетью (2); при этом подложка (3) имеет отверстие (5), причем по периферийной области (4) указанного отверстия (5) сеть (2) контактирует с подложкой (3) так, что средняя часть сети (2) является незакрепленной на подложке (3).
7. Наноуглеродная пленочная конструкция по п.6, отличающаяся тем, что подложка (3) представляет собой по существу плоскую пластину, отверстие (5) в которой представляет собой полость в средней части пластины.
8. Наноуглеродная пленочная конструкция по любому из пп.6-7, отличающаяся тем, что сеть (2) включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры, выбранные из группы молекул углеродных нанотрубок и молекул углеродных нанопочек.
9. Применение наноуглеродной пленочной конструкции по любому из пп.6-8 в устройстве, выбранном из группы, состоящей из оптического элемента в лазере, формирователя световых импульсов, аудио-громкоговорителя, фильтра для частиц аэрозоля, газового фильтра, датчика давления, датчика потока, датчика частиц, газового сенсора, электромагнитного приемника и антенны.
RU2011135085/05A 2009-01-28 2010-01-27 Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления RU2526969C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095076A FI124440B (fi) 2009-01-28 2009-01-28 Rakenteita, jotka käsittävät korkean aspektisuhteen omaavia molekyylirakenteita, ja valmistusmenetelmiä
FI20095076 2009-01-28
PCT/FI2010/050045 WO2010086504A1 (en) 2009-01-28 2010-01-27 Structures comprising high aspect ratio molecular structures and methods of fabrication

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124031/28A Division RU2014124031A (ru) 2009-01-28 2014-06-16 Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011135085A RU2011135085A (ru) 2013-03-10
RU2526969C2 true RU2526969C2 (ru) 2014-08-27

Family

ID=40329531

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135085/05A RU2526969C2 (ru) 2009-01-28 2010-01-27 Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления
RU2014124031/28A RU2014124031A (ru) 2009-01-28 2014-06-16 Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124031/28A RU2014124031A (ru) 2009-01-28 2014-06-16 Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9133022B2 (ru)
EP (1) EP2391506A4 (ru)
JP (1) JP5781946B2 (ru)
KR (1) KR20110121609A (ru)
CN (1) CN102300706A (ru)
BR (1) BRPI1007479A2 (ru)
FI (1) FI124440B (ru)
RU (2) RU2526969C2 (ru)
TW (1) TWI498274B (ru)
WO (1) WO2010086504A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI125151B (fi) * 2010-03-05 2015-06-15 Canatu Oy Menetelmä konformisen elementin valmistamiseksi
FI20176000A1 (en) * 2017-11-08 2019-05-09 Canatu Oy Equipment comprising films with independent area

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015210A1 (en) * 1992-12-23 1994-07-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nanostructured electrode membranes
RU2160697C2 (ru) * 1998-09-11 2000-12-20 Акционерное общество закрытого типа "Тетра" Способ управления формой синтезируемых частиц и получения материалов и устройств, содержащих ориентированные анизотропные частицы и наноструктуры (варианты)
WO2009000969A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-31 Canatu Oy Fibrous networks and a method and apparatus for continuous or batch fibrous network production

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4069532B2 (ja) 1999-01-11 2008-04-02 松下電器産業株式会社 カーボンインキ、電子放出素子、電子放出素子の製造方法、および画像表示装置
US20040007528A1 (en) 2002-07-03 2004-01-15 The Regents Of The University Of California Intertwined, free-standing carbon nanotube mesh for use as separation, concentration, and/or filtration medium
AU2003249324A1 (en) * 2002-07-19 2004-02-09 University Of Florida Transparent electrodes from single wall carbon nanotubes
US7776444B2 (en) * 2002-07-19 2010-08-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Transparent and electrically conductive single wall carbon nanotube films
JP4379002B2 (ja) 2003-05-30 2009-12-09 富士ゼロックス株式会社 カーボンナノチューブデバイスの製造方法、並びに、カーボンナノチューブ転写体
CN101437663B (zh) 2004-11-09 2013-06-19 得克萨斯大学体系董事会 纳米纤维带和板以及加捻和无捻纳米纤维纱线的制造和应用
US7771784B2 (en) * 2005-03-10 2010-08-10 Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation Thin film production method and apparatus
FI121540B (fi) * 2006-03-08 2010-12-31 Canatu Oy Menetelmä, jolla siirretään korkean aspektisuhteen omaavia molekyylirakenteita
KR100828477B1 (ko) * 2006-12-19 2008-05-13 재단법인서울대학교산학협력재단 도전성 다층 나노박막의 제조방법, 및 이를 이용한미세전기기계시스템 센서와 그 제조방법
CN101239712B (zh) 2007-02-09 2010-05-26 清华大学 碳纳米管薄膜结构及其制备方法
US20090169819A1 (en) 2007-10-05 2009-07-02 Paul Drzaic Nanostructure Films
EP2287936B1 (en) * 2008-05-12 2016-05-04 Toray Industries, Inc. Carbon nanotube composite, organic semiconductor composite, and field-effect transistor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015210A1 (en) * 1992-12-23 1994-07-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nanostructured electrode membranes
RU2160697C2 (ru) * 1998-09-11 2000-12-20 Акционерное общество закрытого типа "Тетра" Способ управления формой синтезируемых частиц и получения материалов и устройств, содержащих ориентированные анизотропные частицы и наноструктуры (варианты)
WO2009000969A1 (en) * 2007-06-25 2008-12-31 Canatu Oy Fibrous networks and a method and apparatus for continuous or batch fibrous network production

Also Published As

Publication number Publication date
FI124440B (fi) 2014-08-29
US9133022B2 (en) 2015-09-15
WO2010086504A1 (en) 2010-08-05
CN102300706A (zh) 2011-12-28
KR20110121609A (ko) 2011-11-07
TW201029916A (en) 2010-08-16
JP5781946B2 (ja) 2015-09-24
US20120021191A1 (en) 2012-01-26
RU2011135085A (ru) 2013-03-10
TWI498274B (zh) 2015-09-01
BRPI1007479A2 (pt) 2016-02-16
FI20095076A (fi) 2010-07-29
RU2014124031A (ru) 2015-12-27
JP2012516277A (ja) 2012-07-19
FI20095076A0 (fi) 2009-01-28
EP2391506A4 (en) 2014-11-19
EP2391506A1 (en) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. Electrodeposition of Pd nanoparticles on single-walled carbon nanotubes for flexible hydrogen sensors
CA2724946C (en) Fibrous networks and a method and apparatus for continuous or batch fibrous network production
Bahri et al. Recent advances in chemical vapour deposition techniques for graphene-based nanoarchitectures: From synthesis to contemporary applications
Huh et al. UV/ozone-oxidized large-scale graphene platform with large chemical enhancement in surface-enhanced Raman scattering
US9567224B2 (en) Methods for perforating graphene using an activated gas stream and perforated graphene produced therefrom
DE102007014880B4 (de) Kohlenstoffnanoröhrchenkette und Herstellungsverfahren, Zieldetektor und Zieldetektionsverfahren
JP5578640B2 (ja) 導電性膜、導電性基板、透明導電性フィルムおよびこれらの製造方法
CN205898686U (zh) 一种用于单分子检测的分子载体
CN109682866B (zh) 基于磷钼酸分子修饰的碳纳米管气敏传感器
KR101563231B1 (ko) 나노시트-무기물 적층 다공성 나노구조체 및 이의 제조 방법
RU2526969C2 (ru) Конструкции, включающие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, и способы их изготовления
Yeh et al. Ag microplasma-engineered nanoassemblies on cellulose papers for surface-enhanced Raman scattering and catalytic nitrophenol reduction
JP6492125B2 (ja) 単一分子を検出する方法
WO2019042484A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING A POROUS DIAMOND LAYER AND A THICK POROUS DIAMOND LAYER SUPPORTED BY NANOFIBERS
TW201103862A (en) Transmission electron microscope grid and method for making same
CN108072640B (zh) 一种单分子检测装置以及单分子检测方法
KR20220048072A (ko) 3d 다공성 구조의 레이저 유도 탄소 물질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 습도 센서
TWI413150B (zh) 透射電鏡微柵及其製備方法
Rahim et al. Comparative study of microstructural and humidity-sensing properties of graphene-based nanocomposite thin film
US20140319048A1 (en) Carbon nanotube based nanoporous membranes
JP2021514339A (ja) 結晶カーボン・ナノチューブ膜を製造する方法および装置
Daniels et al. Functional layered materials for chemical detection using surface-enhanced Raman spectroscopy
TWI417934B (zh) 透射電鏡微柵的製備方法
Sarkar et al. Controlled Nanoscale Cracking of Graphene Ribbons by Polymer Shrinkage

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160128