RU2725266C1 - Тонкопленочные подложки, содержащие сшитые углеродные наноструктуры, и связанные способы - Google Patents
Тонкопленочные подложки, содержащие сшитые углеродные наноструктуры, и связанные способы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725266C1 RU2725266C1 RU2019125175A RU2019125175A RU2725266C1 RU 2725266 C1 RU2725266 C1 RU 2725266C1 RU 2019125175 A RU2019125175 A RU 2019125175A RU 2019125175 A RU2019125175 A RU 2019125175A RU 2725266 C1 RU2725266 C1 RU 2725266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon nanostructures
- crosslinking agent
- crosslinked
- thin film
- film substrate
- Prior art date
Links
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 title claims abstract description 230
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 83
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 72
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 40
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims abstract description 23
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 7
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 6
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims abstract description 6
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 32
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 24
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 20
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 14
- 150000001767 cationic compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 6
- 150000007942 carboxylates Chemical group 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims description 4
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 claims 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 239000011135 tin Substances 0.000 abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N (1s,2s,3s,5r)-1-(carboxymethyl)-3,5-bis[(4-phenoxyphenyl)methyl-propylcarbamoyl]cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid Chemical compound O=C([C@@H]1[C@@H]([C@](CC(O)=O)([C@H](C(=O)N(CCC)CC=2C=CC(OC=3C=CC=CC=3)=CC=2)C1)C(O)=O)C(O)=O)N(CCC)CC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=CC=C1 SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N 0.000 description 7
- 229940126543 compound 14 Drugs 0.000 description 7
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 cation acetate Chemical class 0.000 description 3
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 3
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODPYDILFQYARBK-UHFFFAOYSA-N 7-thiabicyclo[4.1.0]hepta-1,3,5-triene Chemical compound C1=CC=C2SC2=C1 ODPYDILFQYARBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BTHCBXJLLCHNMS-UHFFFAOYSA-N acetyloxysilicon Chemical compound CC(=O)O[Si] BTHCBXJLLCHNMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002079 double walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- WRAGBEWQGHCDDU-UHFFFAOYSA-M C([O-])([O-])=O.[NH4+].[Zr+] Chemical compound C([O-])([O-])=O.[NH4+].[Zr+] WRAGBEWQGHCDDU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229920000180 alkyd Polymers 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] BSDOQSMQCZQLDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006115 defluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- UARGAUQGVANXCB-UHFFFAOYSA-N ethanol;zirconium Chemical compound [Zr].CCO.CCO.CCO.CCO UARGAUQGVANXCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003916 ethylene diamine group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- VGGRCVDNFAQIKO-UHFFFAOYSA-N formic anhydride Chemical compound O=COC=O VGGRCVDNFAQIKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- LSACYLWPPQLVSM-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid anhydride Chemical compound CC(C)C(=O)OC(=O)C(C)C LSACYLWPPQLVSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N methane;molecular fluorine Chemical compound C.FF QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZTILUDNICMILKJ-UHFFFAOYSA-N niobium(v) ethoxide Chemical compound CCO[Nb](OCC)(OCC)(OCC)OCC ZTILUDNICMILKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- WYVAMUWZEOHJOQ-UHFFFAOYSA-N propionic anhydride Chemical compound CCC(=O)OC(=O)CC WYVAMUWZEOHJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid group Chemical class S(O)(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N titanium ethoxide Chemical compound [Ti+4].CC[O-].CC[O-].CC[O-].CC[O-] JMXKSZRRTHPKDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- 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
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/02—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the solid state
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при проведении биохимических анализов с использованием поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Сначала готовят раствор углеродных наноструктур. Затем формируют суспензию путём реагирования полученного раствора со сшивающим агентом, содержащим источник поливалентного катиона, такой как оксид или алкоксид металла, комплекс металлов или их комбинация. Сшитые углеродные наноструктуры отделяют от суспензии фильтрацией и размещают на несущей подложке. Можно использовать функционализированные углеродные наноструктуры, углеродные нанотрубки или графен. Сшивающий агент может содержать наночастицы палладия, серебра, золота, меди, платины, рутения, родия, олова, алюминия, лития, натрия, калия или их комбинации. Полученная тонкоплёночная подложка 2 содержит несущую подложку 6 и расположенные на ней сшитые углеродные наноструктуры 4 со сшивающим агентом между ними. Указанную тонкопленочную подложку с размещённым на ней SERS-активным аналитом подвергают рамановскому рассеянию, в результате чего обнаруживают SERS-активный аналит. Повышается механическая прочность и долговечность тонкопленочной подложки, упрощается способ её получения за счёт исключения сложного оборудования. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 19 пр.
Description
ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
Настоящей заявкой испрашивается приоритет согласно документу 35 U.S.C. §119(e) по отношению к предварительной патентной заявке США № 62/444,872, поданной 11 января 2017 года, раскрытие которой включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты реализации изобретения относятся главным образом к тонкопленочным подложкам для применения в поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (Surface Enhanced Raman Spectroscopy - SERS), фильтрации и химическом зондировании, а также к способам изготовления и применения тонкопленочных подложек. В частности, варианты реализации изобретения относятся к тонкопленочным подложкам, включая сшитые углеродные наноструктуры, а также к способам изготовления и применения тонкопленочных подложек.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (Surface Enhanced Raman Spectroscopy - SERS) - это аналитическая методика, используемая для обнаружения SERS-активного аналита, такого как биологическая молекула. В SERS анализируемый жидкий образец помещается на подложку SERS, и в процессе анализа обнаруживается до одной молекулы аналита. Обычные подложки SERS содержат металлические наночастицы на твердой подложке, такой как боросиликатное стекло или слюда. Подложка SERS также может быть матом из углеродных нанотрубок (carbon nanotube - CNT), который обычно формируется с применением методов механического сжатия, физического сжатия или деструктивного облучения электронным пучком. Поскольку в этих методиках используется сжатие или лазерная абляция, они могут быть разрушительными для подложки SERS. Механическое сжатие нанотрубок CNT в маты основано на слабых взаимодействиях Ван-Дер-Ваальса между нанотрубками CNT, в то время как лазерная абляция требует высокоэнергетических электронных пучков, чтобы сплавлять CNT вместе, что часто приводит к чрезмерному разрушению связи sp2 и может отрицательно влиять на свойства трубок CNT. Из-за слабых взаимодействий Ван-Дер-Ваальса между нанотрубками CNT механически сжатые трубки CNT могут поглощать жидкость и разбухать при воздействии жидких образцов. Кроме того, традиционные способы не являются промышленно целесообразными, поскольку они часто используют специализированное оборудование, такое как высокоэнергетические лазеры или реакционные камеры высокого давления/высокой температуры (high pressure/high temperature - HPHT).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты реализации изобретения, раскрытые в настоящем документе, включают в себя способы изготовления тонкопленочного субстрата. Способ включает в себя воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом для сшивания углеродных наноструктур. Сшитые углеродные наноструктуры извлекаются и располагаются на несущей подложке.
В дополнительных вариантах реализации изобретения раскрыты тонкопленочные подложки. Тонкопленочная подложка содержит сшитые углеродные наноструктуры на несущей подложке. Сшитые углеродные наноструктуры содержат сшивающий агент между углеродными наноструктурами.
В еще одних дополнительных вариантах реализации изобретения раскрыты способы осуществления поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS) для обнаружения SERS-активного аналита. Способ включает в себя обеспечение SERS-активного аналита на тонкопленочной подложке, подвергание тонкопленочной подложки комбинационному рассеянию и обнаружение SERS-активного аналита. Тонкопленочная подложка состоит из сшитых углеродных наноструктур на несущей подложке, а сшитые углеродные наноструктуры представляют собой сшивающий агент между углеродными наноструктурами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 проиллюстрирована схематическая диаграмма тонкопленочной подложки, содержащей сшитые углеродные нанотрубки на несущей подложке в соответствии с вариантом раскрытия;
на фиг. 2 проиллюстрирована схематическая диаграмма тонкопленочной подложки, содержащей сшитые углеродные нанотрубки, в соответствии с вариантом раскрытия;
на фиг. 3a и 3b проиллюстрированы схематические диаграммы тонкопленочных подложек, содержащие сшитые углеродные нанотрубки, в соответствии с другим вариантом раскрытия;
на фиг. 4 проиллюстрирована схематическая схема тонкопленочной подложки, содержащей сшитые углеродные нанотрубки, в соответствии с очередным вариантом раскрытия;
на фиг. 5 проиллюстрирована схематическая схема тонкопленочной подложки, содержащей сшитые углеродные нанотрубки, в соответствии с очередным вариантом раскрытия;
на фиг. 6 проиллюстрирована схематическая схема тонкопленочной подложки, содержащей сшитые углеродные нанотрубки, в соответствии с дополнительным вариантом раскрытия;
на фиг. 7 проиллюстрирована фотография сшитых углеродных нанотрубок в соответствии с дополнительным вариантом раскрытия;
на фиг. 8 проиллюстрирован инфракрасный спектр преобразования Фурье (fourier transform infrared - FTIR) сшитых углеродных нанотрубок, проиллюстрированных на фиг. 7.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Иллюстрации, представленные в этом документе, не являются реальными представлениями какого-либо конкретного материала или компонента, а представляют собой просто идеализированные представления, которые используются для описания вариантов реализации изобретения.
Следующее описание предоставляет конкретные детали, такие как типы материалов, составы, толщины материалов и условия обработки, чтобы обеспечить подробное описание вариантов реализации изобретения. Однако специалист в данной области техники поймет, что варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике без применения этих конкретных деталей. Действительно, варианты реализации изобретения могут применяться на практике в сочетании с традиционными методиками, применяемыми в промышленности. Кроме того, описание, приведенное ниже, не формирует полную последовательность операций для создания тонкопленочной подложки. Ниже подробно описаны только те процессы и структуры процесса, которые необходимы для понимания вариантов реализации изобретения. Дополнительные действия или материалы для формирования тонкопленочных подложек могут выполняться обычными методами.
Тонкопленочная подложка 2 сформирована из и содержит сшитые углеродные наноструктуры 4 на несущей подложке 6, как проиллюстрировано на фиг. 1. Тонкопленочную подложку 2 можно использовать для поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS), фильтрации или химического зондирования. Углеродные наноструктуры могут подвергаться воздействию сшивающего агента, такого как раствор, для сшивания углеродных наноструктур. Как более подробно описано ниже, углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут быть объединены в подходящем растворителе, таком как вода, органический растворитель или их комбинации. Сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть выполнены в виде углеродных наноструктурных матов или в других исполнениях. Используемый в настоящем документе термин «углеродный наноструктурный мат» означает и включает в себя лист углеродных наноструктур. Мат углеродных наноструктур может содержать множество случайно ориентированных углеродных наноструктур. Маты из углеродных наноструктур могут иметь толщину, например, от около 100 мкм до около 500 мкм, например, от около 100 мкм до около 400 мкм или от около 200 мкм до около 300 мкм. Тонкопленочные подложки 2, содержащие сшитые углеродные наноструктуры 4, могут быть сформированы путем объединения компонентов в растворе и извлечения из суспензии сшитых углеродных наноструктур 4 с помощью простых технологий фильтрации. Суспензия, содержащая сшитые углеродные наноструктуры 4, может быть отфильтрована, например, вакуумной фильтрацией, для извлечения сшитых углеродных наноструктур 4. Сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть, необязательно, размещены на несущей подложке или нанесены на несущую подложку 6. Несущая подложка 6 может быть твердой или гибкой подложкой, свободно стоящей опорой. Однако сшитые углеродные наноструктуры 4 могут иметь достаточную прочность, чтобы не использовать несущую подложку 6. Сшитые углеродные наноструктуры 4 могут проявлять достаточную механическую целостность, чтобы сшитые углеродные наноструктуры 4 можно было использовать отдельно, без несущей подложки 6. Сшитые углеродные наноструктуры 4 без несущей подложки 6 также могут быть выполнены в виде матов из углеродных наноструктур или в других исполнениях. Таким образом, промышленно значимые количества сшитых углеродных наноструктур 4 могут быть легко получены. Сшивание углеродных наноструктур может проводиться с применением поливалентных катионов, пи-пи-стэкинга, ковалентного склеивания или электростатических взаимодействий. Сшивающий агент может представлять собой атомный элемент, химическое соединение, функциональную группу или связь между углеродными наноструктурами. Получающиеся в результате тонкопленочные подложки 2, в том числе сшитые углеродные наноструктуры 4, могут быть гибкими и проявлять хорошие механические свойства для применения в SERS, например, при обнаружении SERS-активного аналита. Необязательно, нанопроволочки, образованные из платины, меди, серебра, золота, рутения, родия, олова, палладия, алюминия, лития, натрия, калия или их комбинаций, могут присутствовать в тонкопленочных подложках 2 для синергетического усиления обнаружения SERS-активного аналита (например, усиливать обнаруженный рамановский сигнал SERS-активного аналита). Получающиеся в результате тонкопленочные подложки 2, включая сшитые углеродные наноструктуры 4, также могут быть применены при фильтрации и химическом зондировании.
Сшивающий агент может использоваться для сшивания углеродных наноструктур и формирования сшитых углеродных наноструктур 4. Как более подробно поясняется ниже, сшивающий агент может представлять собой соединение источника катионов, пи-орбитальное соединение источника, сшивающий агент или наночастицы металлов. Могут быть применены наночастицы сшивающего агента, такие как имеющие средний размер частиц от более или равного около 1 нм до менее или равного около 50 нм, от более или равного около 1 нм до менее или равного около 20 нм или от более или равного около 1 нм до меньше или равного около 10 нм. Углеродные наноструктуры могут иметь больший относительный размер частиц, чем размер частиц сшивающего агента, что позволяет формировать небольшое количество сшивающего агента между углеродными наноструктурами. Сшивающий агент может быть коммерчески доступным или может быть получен традиционными способами.
Углеродные наноструктуры могут включать структуру углерода sp2, такую как графен или CNT. Нанотрубки CNT могут представлять собой одностенные углеродные нанотрубки (single-walled carbon nanotubes - SWCNT), двустенные углеродные нанотрубки (double-walled carbon nanotubes - DWCNT), многостенные углеродные нанотрубки (multi-walled carbon nanotubes - MWCNT) или их комбинацию. В некоторых вариантах реализации изобретения углеродные наноструктуры представляют собой многостенные углеродные нанотрубки. Углеродные наноструктуры могут быть функционализированы, например, с одной или несколькими функциональными группами, составленными и выполненными с возможностью реакции или другого взаимодействия со сшивающим агентом или с другими углеродными наноструктурами. В качестве неограничивающего примера, функциональные группы содержат аминогруппы, карбоксильные группы (–COOH), тиоловые группы, фторные или фторированные функциональные группы, гидроксильные группы или их комбинации. Углеродные наноструктуры, такие как CNT, могут быть коммерчески доступными, например, от Nanocyl SA (Самбрвиль, Бельгия) или MER Corporation (Тусон, Аризона), или могут быть получены обычными методами. Коммерчески доступные углеродные наноструктуры могут быть применены в том виде, в котором они получены, или могут быть функционализированы, например, с карбоксилатом или другими функциональными группами. Карбоксилированные углеродные наноструктуры, такие как карбоксилированные CNT, могут быть получены, например, путем взаимодействия CNT с по меньшей мере одной из азотной и серной кислот. Альтернативно, функционализированные углеродные наноструктуры могут быть коммерчески доступными и использоваться в том виде, в котором они были получены.
В одном варианте реализации изобретения тонкопленочная подложка 2 содержит CNT 8, сшитые многовалентными катионами 12, как проиллюстрировано на фиг. 2. Однако тонкопленочная подложка 2 может, альтернативно, содержать другие углеродные наноструктуры, сшитые многовалентными катионами 12. Поливалентный катион 12 может быть получен из исходного соединения многовалентного катиона. Используемый в настоящем документе термин «соединение источника многовалентных катионов» означает и включает химическое соединение, которое содержит многовалентный катион и соответствующий анион. Мультивалентный катион 12 разработан для взаимодействия и сшивания с CNT 8. Тонкопленочная подложка 2 может быть сформирована путем сшивания CNT 8 с исходным катионным соединением. Нанотрубки CNT 8 функционализированы функциональной группой 10, которая реагирует с многовалентным катионом 12 исходного катионного соединения. Функциональные группы 10 в CNT 8 могут быть составлены для реакции с многовалентным катионом 12 посредством реакции ионного обмена. Поливалентный катион 12 может представлять собой двухвалентный (2+) или катион более высокой валентности, такой как цинк, магний, кальций, алюминий, титан, цирконий, ниобий или их комбинации. Соединение-источник поливалентного катиона может представлять собой оксид металла, например оксид цинка, MgO, CaO, Al2O3, алкоксид металла, например, изопропоксид титана, этоксид титана, этоксид циркония, изопропоксид алюминия, этоксид ниобия или другой оксид, соль или комплекс многовалентного катиона или их комбинации. Соединение исходного поливалентного катиона также может представлять собой ацетат многовалентного катиона, карбонат аммония-циркония, бутоксид циркония (IV), хлорид титана или их комбинации. Соединение исходного поливалентного катиона может иметь средний размер частиц от более или равного около 1 нм до менее или равного около 50 нм, от более или равного около 1 нм до менее или равного около 20 нм, или от более или равного примерно 1 нм до менее или равного примерно 10 нм. Не ограничиваясь какой-либо теорией, двухвалентные катионы используются в исходном соединении поливалентного катиона из-за их относительной разницы в размерах по сравнению с CNT 8. Катионы с более высокой валентностью могут использоваться в исходном соединении поливалентного катиона. Однако их относительная разность размеров по сравнению с CNT 8 будет меньше, поэтому CNT 8 может быть сложнее сшивать с катионами с более высокой валентностью.
В одном варианте реализации изобретения CNT 8 функционализированы карбоксилатными группами 10, а исходным мультивалентным катионным соединением является оксид цинка. Во время сшивания оксид цинка реагирует с карбоксилатными группами 10 CNT 8, сшивая CNT, как проиллюстрировано на фиг. 2 для формирования сшитых нанотрубок CNT 4'.
Для формирования сшитых углеродных наноструктур 4, таких как сшитые CNT 4', углеродные наноструктуры и исходное соединение катиона могут быть объединены в растворе с перемешиванием (например, смешиванием). Углеродные наноструктуры и соединение с источником многовалентного катиона могут реагировать в растворе в течение достаточного количества времени, чтобы катион исходного соединения многовалентного катиона реагировал с функциональными группами углеродных наноструктур. Только в качестве примера, углеродные наноструктуры и соединение с поливалентным источником катионов могут реагировать в течение по меньшей мере около 1 часа, например, в течение по меньшей мере около 2 часов, по меньшей мере около 3 часов, по меньшей мере около 4 часов, по меньшей мере около 5 часов или более. Углеродные наноструктуры и соединение с поливалентным источником катионов могут реагировать с перемешиванием при комнатной температуре (например, между около 20 °С и около 25 °С). Чтобы увеличить скорость реакции, углеродные наноструктуры и соединение с многовалентным исходным катионом могут быть объединены с перемешиванием при повышенной температуре, такой как температура от около 30 °С до около 100 °С. Температура может быть более, чем около 30 °С, более, чем около 40 °С, более, чем около 50 °С, более, чем около 60 °С, более, чем около 70 °С, более, чем около 80 °С, или более, чем около 90 °С. Углеродные наноструктуры и исходное мультивалентное катионное соединение могут быть объединены в одном из подходящих органических растворителей (например, уксусная кислота, ангидрид уксусной кислоты, муравьиная кислота, ангидрид муравьиной кислоты, пропионовая кислота, ангидрид пропионовой кислоты, изомасляная кислота, ангидрид изомасляной кислоты) или их комбинации. Углеродные наноструктуры могут присутствовать в растворе в избытке по сравнению с соединением с источником многовалентных катионов, например, при массовом соотношении более чем около 2:1 углеродные наноструктуры:соединение с многовалентным источником катионов, более чем около 5:1 углеродные наноструктуры:многовалентное исходное катионное соединение или более чем около 10:1 углеродные наноструктуры:поливалентное исходное катионное соединение.
По мере того как углеродные наноструктуры и соединение с источником многовалентных катионов вступают в реакцию, раствор может превращаться в суспензию. После того, как углеродные наноструктуры и соединение с источником многовалентных катионов прореагировали в течение достаточного количества времени для сшивания углеродных наноструктур, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть извлечены из суспензии. Только в качестве примера, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть отфильтрованы от суспензии и высушены. Посредством фильтрации сшитых углеродных наноструктур 4 можно легко получить промышленно значимые количества сшитых углеродных наноструктур 4. Сшитые углеродные наноструктуры 4 затем могут быть размещены на несущей подложке 6 или нанесены на нее для формирования тонкопленочной подложки 2.
В другом варианте реализации изобретения тонкопленочная подложка 2 содержит нанотрубки CNT 8, сшитые пи-орбитальным исходным соединением 14, как проиллюстрировано на фиг. 3а и 3b. Однако тонкопленочная подложка 2 может, в качестве альтернативы, содержать другие углеродные наноструктуры, сшитые мультивалентным пи-орбитальным исходным соединением 14. Нанотрубки CNT 8 могут быть сшиты пи-пи-стэкингом с пи-орбитальным исходным соединением 14. Пи-орбитальное исходное соединение 14 может быть любым соединением, имеющим пи-орбитали 16, включая, но не ограничиваясь этим, графен, нитрид углерода (CNx), где x - положительное действительное число, нитрид бора (BN), C60, протеин или их комбинации. Пи-орбитальное исходное соединение 14 может иметь средний размер частиц менее чем около 50 нм, менее чем около 20 нм или менее чем около 10 нм. Средний размер частиц пи-орбитального исходного соединения 14 может варьироваться от больше или равного примерно 1 нм до меньше или равного примерно 50 нм, от больше или равного около 1 нм до меньше или равного около 20 нм или от больше или равного около 1 нм до меньше или равного около 10 нм. Пи-орбитали 16 из пи-орбитального исходного соединения 14 перекрываются и складываются с пи-орбиталями 16 нанотрубки CNT 8, сшивая CNT 8 и формируя сшитые CNT 4'.
В одном варианте реализации изобретения нанотрубки CNT 8 реагируют с CNx (фиг. 3a) или графеном (фиг. 3b). Пи-орбитали 16 CNx или графена реагируют с пи-орбиталями 16 CNT 8, сшивая CNT, как проиллюстрировано на фиг. 3а и 3b.
Для формирования сшитых углеродных наноструктур 4, таких как сшитые нанотрубки CNT 4', углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение могут быть объединены в растворе посредством смешивания (например, перемешивания). Углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение могут реагировать в растворе в течение достаточного количества времени, чтобы пи-орбитали углеродных наноструктур и пи-орбитали пи-орбитального исходного соединения перекрывались и складывались. Только в качестве примера, углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение могут реагировать в течение по меньшей мере около 1 часа, например, по меньшей мере около 2 часов, по меньшей мере около 3 часов, по меньшей мере около 4 часов, по меньшей мере около 5 часов или на протяжении большего времени. Углеродные наноструктуры и исходное пи-орбитальное соединение могут реагировать с перемешиванием при комнатной температуре (например, между около 20 °С и около 25 °С). Для увеличения скорости реакции углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение могут быть объединены с перемешиванием при повышенной температуре, например, при температуре от около 30 °С до около 100 °С. Температура может быть более чем около 30 °С, более чем около 40 °С, более чем около 50 °С, более чем около 60 °С, более чем около 70 °С, более чем около 80 °С, или более чем около 90 °С. Для достаточного диспергирования пи-орбитального исходного соединения и углеродных наноструктур в растворе может дополнительно применяться обработка ультразвуком. Углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение могут быть объединены в подходящем растворителе, таком как вода, органический растворитель или их комбинации. Углеродные наноструктуры могут присутствовать в растворе в избытке по сравнению с пи-орбитальным исходным соединением, например, при массовом соотношении, превышающем около 2:1 углеродные наноструктуры:пи-орбитальное исходное соединение, превышающем около 5:1 углеродные наноструктуры:пи-орбитальное исходное соединение или содержащие более чем около 10:1 углеродные наноструктуры:пи-орбитальное исходное соединение.
Поскольку углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение вступают в реакцию, раствор может превратиться в суспензию. После того, как углеродные наноструктуры и пи-орбитальное исходное соединение прореагировали в течение достаточного количества времени для сшивания углеродных наноструктур, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть извлечены из суспензии. Только в качестве примера, сшитые углеродные наноструктуры могут быть отфильтрованы от суспензии и высушены. Фильтруя сшитые углеродные наноструктуры 4, можно легко получить промышленно значимые количества сшитых углеродных наноструктур 4. Сшитые углеродные наноструктуры могут быть затем размещены на несущей подложке 6 или нанесены на нее для формирования тонкопленочной подложки 2.
В еще одном варианте реализации изобретения тонкопленочная подложка 2 содержит CNT 8, такие как MWCNT, сшитые ковалентными связями, образованными между CNT 8 и сшивающим агентом, как проиллюстрировано на фиг. 4. Однако тонкопленочная подложка 2 может в качестве альтернативы содержать другие углеродные наноструктуры, сшитые ковалентными связями, образованными между углеродными наноструктурами и сшивающим агентом. Нанотрубки CNT 8 могут быть функционализированы гетероатомсодержащей группой, которая реагирует со сшивающим агентом и ковалентно связывается с ним. Тонкопленочная подложка 2 может быть сформирована путем сшивания CNT 8 сшивающим агентом. Только в качестве примера, гетероатомом гетероатомсодержащей группы может быть сера или азот, и он реагирует со сшивающим агентом. Сшивающий агент может содержать, но не ограничиваться ими, бензохинон, олиготиофен, олигоанилин, фениленсульфид, пиррол, серу, пероксид, уретан, оксид металла, оксид бора, ацетоксисилан, алкоксисилан или их комбинации. Сшивающий агент может иметь средний размер частиц, меньший или равный около 50 нм, меньший или равный около 20 нм или меньший или равный около 10 нм, такой как от большего или равного около 1 нм, до меньшего или равного около 50 нм, от большего или равного около 1 нм, до меньшего или равного около 20 нм или от большего или равного около 1 нм, до меньшего или равного около 10 нм.
В одном варианте реализации изобретения нанотрубки CNT 8 функционализированы тиольной группой, а сшивающий агент представляет собой бензохинон. Во время сшивания атом серы функционализированных CNT реагирует с бензохиноном, сшивая CNT, как проиллюстрировано на фиг. 4.
Для формирования сшитых углеродных наноструктур 4 углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут быть объединены в растворе смешиванием (например, перемешиванием). Углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут реагировать в растворе в течение достаточного количества времени, чтобы сшивающий агент реагировал с функциональной группой углеродных наноструктур. Только в качестве примера, углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут реагировать в течение по меньшей мере около 1 часа, например, по меньшей мере около 2 часов, по меньшей мере около 3 часов, по меньшей мере около 4 часов, по меньшей мере около 5 часов, или более. Углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут реагировать с перемешиванием при комнатной температуре (например, между около 20 °С и около 25 °С). Для увеличения скорости реакции углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут быть объединены перемешиванием при повышенной температуре, такой как температура от около 30 °С до около 100 °С. Температура может быть более чем около 30 °С, более чем около 40 °С, более чем около 50 °С, более чем около 60 °С, более чем около 70 °С, более чем около 80 °С, или более чем около 90 °С. Дополнительно может использоваться обработка ультразвуком для достаточного диспергирования сшивающего агента и углеродных наноструктур в растворе. Углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут быть объединены в подходящем растворителе, таком как вода, органический растворитель или их комбинации. Углеродные наноструктуры и сшивающий агент могут присутствовать в растворе в приблизительно стехиометрических количествах, например между массовым соотношением 10:1 углеродные наноструктуры:сшивающий агент и 1:10 углеродные наноструктуры: сшивающий агент.
По мере того как углеродные наноструктуры и сшивающий агент вступают в реакцию, раствор может превращаться в суспензию. После того, как углеродные наноструктуры и сшивающий агент прореагировали в течение достаточного количества времени для сшивания углеродных наноструктур, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть извлечены из суспензии. Только в качестве примера, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть отфильтрованы от суспензии и высушены. Посредством фильтрации сшитых углеродных наноструктур 4 можно легко получить промышленно значимые количества сшитых углеродных наноструктур 4. Сшитые углеродные наноструктуры 4 затем могут быть размещены на несущей подложке 6 или нанесены на нее для формирования тонкопленочной подложки 2. Реакция углеродных наноструктур со сшивающим агентом приводит к образованию сшитых углеродных наноструктур 4, обладающих более сильными способностями к сшиванию, чем в варианте реализации изобретения с пи-пи-стэкингом, описанным выше, и варианте реализации изобретения с электростатическими взаимодействиями, описанным ниже. Таким образом, полученные сшитые углеродные наноструктуры 4' могут быть более долговечными, чем сшитые углеродные наноструктуры 4', полученные другими методами.
В дополнение к реакции со сшивающим агентом ковалентно связанные углеродные наноструктуры могут быть получены путем сшивания фтор-функционализированных углеродных наноструктур или алкокси-функционализированных углеродных наноструктур. Если углеродные наноструктуры функционализированы группами фтора, углеродные наноструктуры могут быть сшиты восстановительным дефторированием углеродных наноструктур, функционализированных фтором. Фторированные углеродные наноструктуры могут подвергаться УФ-облучению, воздействию N,N,N'N'-тетраметил-1,4,-бензолдиамина, диамина (например, этилендиамина) или другим методам восстановительного дефторирования для генерирования реакционноспособных свободных радикалов при дефторировании углеродных наноструктур. Восстановительный дефторирующий агент, такой как диамин, может присутствовать в избытке по сравнению с углеродными наноструктурами, например, при массовом соотношении, превышающем около 2:1 восстановительный дефторирующий агент: углеродные наноструктуры, более чем около 5:1 восстановительный дефторирующий агент: углеродные наноструктуры или более чем 10:1 восстановительный дефторирующий агент. Свободные радикалы на боковых стенках углеродных наноструктур могут непосредственно сшиваться друг с другом в условиях окружающей среды (температура окружающей среды и/или давление окружающей среды), образуя сшитые углеродные наноструктуры 4'.
Если углеродные наноструктуры, такие как CNT 8, функционализированы фторгруппами, углеродные наноструктуры могут быть сшиты с применением диамина, такого как этилендиамин. В одном варианте реализации изобретения CNT 8 функционализированы фторгруппой, а сшивающий агент представляет собой этилендиамин. Во время сшивания атомы азота в этилендиамине реагируют с функционализированными фтором CNT, сшивая CNT 8, как проиллюстрировано на фиг. 5.
Если углеродные наноструктуры функционализированы алкоксигруппами, углеродные наноструктуры могут быть сшиты с применением пероксидов или облучения. Свободные радикалы на боковых стенках углеродных наноструктур могут напрямую сшиваться друг с другом в условиях окружающей среды (температура и/или давление), образуя сшитые углеродные наноструктуры. 4. Фтор-функционализированные углеродные наноструктуры и алкокси-функционализированные углеродные наноструктуры могут быть сшиты без сшивающего агента и без применения условий высокой температуры или высокого давления.
В еще одном варианте реализации изобретения тонкопленочная подложка 2 содержит CNT 8, сшитые электростатическими взаимодействиями, как проиллюстрировано на фиг. 6. Однако тонкопленочная подложка 2 может, в качестве альтернативы, включать другие углеродные наноструктуры, сшитые электростатическими взаимодействиями. Металлические наночастицы 18 могут генерировать электростатические взаимодействия, достаточные для удержания вместе CNT 8. Металлические наночастицы 18 могут содержать, но не ограничиваются ими, палладий, серебро, золото, медь, платину, рутений, родий, олово, алюминий, литий, натрий, калий или их комбинации. Металлические наночастицы 18 могут иметь средний размер частиц, меньший или равный около 50 нм, меньший или равный около 20 нм или меньший или равный около 10 нм, такой как больший или равный около 1 нм, до величины, меньшей или равной около 50 нм, от величины, большей или равной около 1 нм, до величины, меньшей или равной около 20 нм, или от величины, большей или равной около от 1 нм, до величины, меньшей или равной около 10 нм. Поскольку CNT 8 удерживаются вместе электростатическими взаимодействиями, сшивающий агент не используется, что повышает экономическую эффективность и промышленную жизнеспособность сшитых CNT 4', которые сшиты электростатическими взаимодействиями.
В одном варианте реализации изобретения нанотрубки CNT 8 сшиты с наночастицами 18 палладия. Во время сшивания наночастицы 18 палладия взаимодействуют с CNT 8, образуя сшитые CNT 4', как проиллюстрировано на фиг. 6.
Для формирования сшитых углеродных наноструктур 4 углеродные наноструктуры и наночастицы металлов 18 могут быть объединены в растворе смешиванием (например, перемешиванием). Углеродные наноструктуры и металлические наночастицы 18 могут реагировать в растворе в течение достаточного количества времени для взаимодействия металлических наночастиц 18 и углеродных наноструктур. Только в качестве примера, углеродные наноструктуры и наночастицы 18 металла могут быть объединены в растворе в течение по меньшей мере около 1 часа, например, по меньшей мере около 2 часов, по меньшей мере около 3 часов, по меньшей мере около 4 часов, по меньшей мере около 5 часов или больее. Углеродные наноструктуры и металлические наночастицы 18 могут быть объединены при комнатной температуре (например, между около 20 °С и около 25 °С). Чтобы увеличить скорость реакции, углеродные наноструктуры и металлические наночастицы 18 могут быть объединены перемешиванием при повышенной температуре, такой как температура от около 30 °С до около 100 °С. Температура может быть более чем около 30 °С, более чем около 40 °С, более чем около 50 °С, более чем около 60 °С, более чем около 70 °С, более чем около 80 °С, или более чем около 90 °С. Обработка ультразвуком может, необязательно, использоваться для достаточного диспергирования наночастиц металла 18 и углеродных наноструктур в растворе. Углеродные наноструктуры и металлические наночастицы 18 могут быть объединены в подходящем растворителе, таком как вода, органический растворитель или их комбинации. Углеродные наноструктуры могут присутствовать в растворе в избытке по сравнению с металлическими наночастицами 18, например, при массовом соотношении более чем около 2:1 углеродные наноструктуры:металлические наночастицы, более чем около 5:1 углеродные наноструктуры:металлические наночастицы или с содержанием частиц более чем около 10:1 углеродные наноструктуры:наночастицы металлов.
При взаимодействии углеродных наноструктур и наночастиц 18 металла раствор может превращаться в суспензию. После того, как углеродные наноструктуры и металлические наночастицы 18 взаимодействуют в течение достаточного количества времени для сшивания углеродных наноструктур, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть извлечены из суспензии. Только в качестве примера, сшитые углеродные наноструктуры 4 могут быть отфильтрованы от суспензии и высушены. Посредством фильтрации сшитых углеродных наноструктур 4 можно легко получить промышленно значимые количества сшитых углеродных наноструктур 4. Сшитые углеродные наноструктуры 4 затем могут быть размещены (например, помещены на несущую подложку 6 или нанесены на нее) для формирования тонкопленочной подложки 2.
Тонкопленочные подложки 2 по настоящему раскрытию, которые содержат сшитые наноструктуры углерода 4 на несущей подложке 6, могут проявлять повышенную устойчивость к набуханию, когда жидкие образцы анализируют методом SERS с применением тонких пленочных подложек 2. Сшитые углеродные наноструктуры 4 могут предотвратить набухание тонкопленочных подложек 2 по настоящему изобретению при анализе жидких образцов. При сшивании углеродных наноструктур между углеродными наноструктурами образуются более прочные связи или более сильные взаимодействия, улучшающие механические свойства тонкопленочных подложек 2. Напротив, тонкопленочные подложки 2, сформированные с помощью обычных технологий, таких как механическое сжатие или лазерная абляция, полагаются на взаимодействиях Ван-дер-Ваальса, чтобы сохранить углеродные наноструктуры вместе. Эти обычные тонкопленочные подложки набухают и разрушаются при применении для анализа жидких образцов с помощью SERS. Кроме того, поскольку тонкопленочные подложки 2 по настоящему изобретению содержат сшитые углеродные наноструктуры 4, размеры пор тонкопленочных подложек 2 уменьшаются. Следовательно, жидкие образцы, подлежащие анализу с помощью SERS, могут быть равномерно размещены на поверхности тонкопленочных подложек 2 по настоящему изобретению. Тонкопленочные подложки 2 по настоящему изобретению также могут проявлять повышенную стойкость к набуханию при применении в сферах фильтрации или химического зондирования.
Способы формирования тонкопленочных подложек 2 по настоящему изобретению могут быть легко расширены для промышленного производства тонкопленочных подложек 2, поскольку тонкопленочные подложки 2 изготавливаются методами фильтрации из суспензии. Поэтому потребность в специализированном и дорогостоящем оборудовании, таком как лазеры высокой энергии или реакционные камеры высокого давления/высокой температуры, уменьшается или полностью устраняется.
Чтобы дополнительно увеличить чувствительность тонкопленочных подложек 2, в тонкопленочных подложках 2 по настоящему изобретению необязательно могут присутствовать металлические нанопроволочки. Только в качестве примера, нанопроволочки, образованные из платины, меди, серебра, золота, рутения, родия, олова, палладия, алюминия, лития, натрия, калия или их комбинаций, могут дополнительно присутствовать в тонкопленочных подложках для синергетического увеличения обнаружения SERS-активного аналита. Нанопроволочки формируются традиционными методами. Поскольку тонкопленочные подложки 2, которые сшиты с применением металлических наночастиц, уже содержат проводящий материал, эти тонкопленочные подложки 2 проявляют повышенную чувствительность при обнаружении SERS без включения необязательных нанопроволочек.
Жидкие образцы, включающие SERS-активный аналит, могут анализироваться SERS с применением тонкопленочных подложек 2 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. SERS-активный аналит может быть размещен на тонкопленочной подложке 2, а тонкопленочная подложка 2 подвергнута рамановскому рассеянию для обнаружения SERS-активного аналита. Тонкопленочная подложка 2 может содержать или может не иметь несущей подложки 6. Таким образом, также раскрыты способы выполнения SERS с применением тонкопленочной подложки.
Тонкопленочные подложки 2 в соответствии с вариантами реализации изобретения также могут быть применены в качестве мембраны для фильтрации жидкого или газообразного образца. Тонкопленочная подложка 2 может иметь высокую площадь поверхности и пористость, что позволяет использовать тонкопленочную подложку 2 для очистки или иного удаления загрязнений либо других нежелательных компонентов образца. Сшитые наноструктуры 4 тонкопленочной подложки 2 могут проявлять химическую стойкость и химическую совместимость с компонентами жидкого образца. Сшитые наноструктуры 4 тонкопленочной подложки 2 также могут проявлять антиобрастающие свойства. Тонкопленочная подложка 2 может содержать либо не содержать несущую подложку 6 до тех пор, как тонкопленочная подложка 2 имеет достаточную пористость для образца, чтобы протекать через мембрану. Только в качестве примера, тонкопленочная подложка 2 может быть применена для фильтрации воды.
Тонкопленочные подложки 2 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения могут также использоваться в химическом датчике для обнаружения аналита (например, химического вещества) в жидком образце или в газообразном образце. Химические вещества могут включать, но не ограничиваются этим, химический состав, химическое соединение, элемент или ион. Тонкопленочная подложка 2 может включать структуру химического распознавания на части поверхности тонкопленочной подложки 2, которая реагирует с аналитом для обнаружения химических частиц в образце. Тонкопленочная подложка 2 может содержать или может не содержать несущую подложку 6. Только в качестве примера, тонкопленочная подложка 2 может использоваться для обнаружения газообразного водорода (H2) в газообразном образце, например, с помощью палладия для обнаружения H2. Тонкопленочная подложка 2 также может использоваться для обнаружения ртути (Hg) в жидком образце, например, с помощью золота для обнаружения H2.
Пример 1. Фторированные CNT сшивки с этилендиамином
Массовое соотношение 5:1 этилендиамина и фторированных углеродных нанотрубок (CNT-F), соответственно, диспергировали в ортодихлорбензоле с образованием смеси. Также добавляли 5 капель пиридина для удаления и нейтрализации побочных продуктов HF. Смесь перемешивали в течение 3 часов при 90 °C в инертной атмосфере для сшивания CNT-F, что подтверждается FTIR. Для извлечения сшитых CNT смесь фильтровали вакуумной фильтрацией (методами фильтрации из суспензии) на фильтровальной бумаге, получая мат из сшитых CNT, как проиллюстрировано на фиг. 7. Как проиллюстрировано на фиг. 8, непрореагировавшие группы фтора CNT-F (о чем свидетельствует пик при 1147 см-1) спектра FTIR) могут обеспечивать гидрофобные свойства.
Вариант реализации 1. Способ изготовления тонкопленочной подложки, включающий в себя: экспонирование углеродных наноструктур сшивающему агенту для сшивания углеродных наноструктур; восстановление сшитых углеродных наноструктур; и размещение сшитых углеродных наноструктур на несущей подложке.
Вариант реализации 2. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающего агента включает воздействие на функционализированные углеродные наноструктуры сшивающим агентом.
Вариант реализации 3. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает воздействие на углеродные нанотрубки или графен сшивающим агентом.
Вариант реализации 4. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает в себя воздействие сшивающим агентом на функционализированные карбоксилатные группы, фторгруппы, аминогруппы, гидроксильные группы или тиольные группы углеродных наноструктур.
Вариант реализации 5. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что углеродные наноструктуры подвергаются воздействию сшивающего агента, при этом подвергаются воздействию углеродные наноструктуры мультивалентного катионного соединения, состоящего из двухвалентного оксида металла, двухвалентного алкида металла, соли или комплекса двухвалентного катиона или их комбинаций.
Вариант реализации 6. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает в себя воздействие на углеродные наноструктуры пи-орбитальным исходным соединением, содержащим графен, нитрид углерода, нитрид бора или их комбинации.
Вариант реализации 7. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает в себя воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом, содержащим бензохинон, олиготиофен, олигоанилин, фениленсульфид, пиррол, серу, пероксид, уретан, оксид металла, оксид бора, ацетоксисилан, алкоксисилан или их комбинации.
Вариант реализации 8. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает в себя воздействие на углеродные наноструктуры металлическими наночастицами, содержащими наночастицы палладия, серебра, золота, меди, платины, рутения, родия, олова, алюминия, лития, натрия, калия или их комбинации.
Вариант реализации 9. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом для сшивания углеродных наноструктур включает в себя воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом при условиях окружающей среды.
Вариант реализации 10. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом для сшивания углеродных наноструктур включает сшивание углеродных наноструктур в растворе.
Вариант реализации 11. Способ по варианту реализации 1, отличающийся тем, что извлечение сшитых углеродных наноструктур включает фильтрацию сшитых углеродных наноструктур из суспензии, содержащей сшитые углеродные наноструктуры.
Вариант реализации 12. Тонкопленочная подложка, содержащая сшитые углеродные наноструктуры на несущей подложке, отличающаяся тем, что сшитые углеродные наноструктуры содержат сшивающий агент между углеродными наноструктурами.
Вариант реализации 13. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит многовалентный катион, пи-орбитальное исходное соединение, сшивающий агент или наночастицы металла.
Вариант реализации 14. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит двухвалентный катион.
Вариант реализации 15. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит графен или нитрид углерода.
Вариант реализации 16. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит бензохинон.
Вариант реализации 17. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит наночастицы палладия, наночастицы меди, наночастицы серебра, наночастицы золота или их комбинации.
Вариант реализации 18. Тонкопленочная подложка по варианту 12, отличающаяся тем, что сшитые углеродные наноструктуры содержат сшитые углеродные нанотрубки или сшитый графен.
Вариант реализации 19. Способ выполнения поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS) для обнаружения SERS-активного аналита, включающий обеспечение SERS-активного аналита на тонкопленочной подложке, подвергание тонкопленочной подложки рамановскому рассеянию и обнаружение SERS-активного аналита. Тонкопленочная подложка содержит сшитые углеродные нанотрубки на несущей подложке, а сшитые углеродные нанотрубки содержат сшивающий агент между углеродными нанотрубками.
Хотя раскрытие допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты реализации были проиллюстрированы в качестве примера на фигурах и подробно описаны в этом документе. Однако раскрытие не предназначено для ограничения конкретными раскрытыми формами. Скорее, раскрытие должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в объем раскрытия, как определено в следующей прилагаемой формуле изобретения и ее юридических эквивалентах.
Claims (21)
1. Способ изготовления тонкопленочной подложки, включающий в себя:
формирование раствора углеродных наноструктур;
реагирование углеродных наноструктур с сшивающим агентом для формирования суспензии, содержащей сшитые углеродные наноструктуры, причём сшивающий агент содержит соединение-источник поливалентного катиона, содержащее оксид металла, алкоксид металла, комплекс металлов или их комбинацию;
фильтрование сшитых углеродных наноструктур от суспензии; и
размещение сшитых углеродных наноструктур на несущей подложке.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает воздействие на функционализированные углеродные наноструктуры сшивающим агентом.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает воздействие на углеродные нанотрубки или графен сшивающим агентом.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает воздействие сшивающим агентом на углеродные наноструктуры, функционирующие с карбоксилатными группами, фторгруппами, аминогруппами, гидроксильными группами или тиольными группами.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом заключается в воздействии на углеродные наноструктуры двухвалентного катионного соединения, состоящего из двухвалентного оксида металлов, двухвалентного алкоксида металлов, соли или комплекса двухвалентного катиона или их комбинаций.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом включает воздействие на углеродные наноструктуры металлическими наночастицами, содержащими наночастицы палладия, серебра, золота, меди, платины, рутения, родия, олова, алюминия, лития, натрия, калия или их комбинаций.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом для сшивания углеродных наноструктур включает воздействие на углеродные нанотрубки сшивающим агентом при условиях окружающей среды.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие на углеродные наноструктуры сшивающим агентом для сшивания углеродных наноструктур включает сшивание углеродных наноструктур в растворе.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлечение сшитых углеродных наноструктур включает фильтрацию сшитых углеродных наноструктур из суспензии, содержащей сшитые углеродные наноструктуры.
10. Тонкопленочная подложка, содержащая сшитые углеродные наноструктуры на несущей подложке, при этом сшитые углеродные наноструктуры содержат сшивающий агент между углеродными наноструктурами, содержащий соединение-источник поливалентного катиона, содержащее оксид металла, алкоксид металла, комплекс металлов или их комбинацию.
11. Тонкопленочная подложка по п. 10, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит двухвалентный катион.
12. Тонкопленочная подложка по п. 10, отличающаяся тем, что сшивающий агент содержит наночастицы палладия, наночастицы меди, наночастицы серебра, наночастицы золота или их комбинации.
13. Тонкопленочная подложка по п. 10, отличающаяся тем, что сшитые углеродные наноструктуры содержат сшитые углеродные нанотрубки или сшитый графен.
14. Способ выполнения поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS) на SERS-активном аналите, включающий в себя:
обеспечение SERS-активного аналита на тонкопленочной подложке, содержащей сшитые углеродные наноструктуры на несущей подложке, причём сшитые углеродные наноструктуры содержат сшивающий агент между углеродными наноструктурами, содержащий соединение-источник поливалентного катиона, содержащее оксид металла, алкоксид металла, комплекс металлов или их комбинацию;
подвергание тонкопленочной подложки рамановскому рассеянию; и
обнаружение SERS-активного аналита.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762444872P | 2017-01-11 | 2017-01-11 | |
| US62/444,872 | 2017-01-11 | ||
| PCT/US2018/013300 WO2018132558A1 (en) | 2017-01-11 | 2018-01-11 | Thin film substrates including crosslinked carbon nanostructures and related methods |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725266C1 true RU2725266C1 (ru) | 2020-06-30 |
Family
ID=62782299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019125175A RU2725266C1 (ru) | 2017-01-11 | 2018-01-11 | Тонкопленочные подложки, содержащие сшитые углеродные наноструктуры, и связанные способы |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10927006B2 (ru) |
| CN (1) | CN110312680A (ru) |
| CA (1) | CA3049659C (ru) |
| DE (1) | DE112018000257T5 (ru) |
| NO (1) | NO347753B1 (ru) |
| RU (1) | RU2725266C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018132558A1 (ru) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109294234A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-02-01 | 北京市政建设集团有限责任公司 | 一种可重复利用基于石墨烯-贵金属纳米粒子复合物杂化薄膜及其制备方法 |
| US11473978B2 (en) * | 2019-05-28 | 2022-10-18 | Applied Materials, Inc. | Enhanced substrate temperature measurement apparatus, system and method |
| CN110687098B (zh) * | 2019-10-30 | 2020-09-08 | 江南大学 | 一种基于聚氨酯的纳米银sers基底的制备方法 |
| CN111208113B (zh) * | 2020-02-28 | 2021-06-29 | 中国地质大学（北京） | 一种基于柔性压电薄膜负载纳米Ag自供能SERS基底及应用 |
| CN111346517B (zh) * | 2020-03-17 | 2021-06-11 | 北京理工大学 | 一种复合交联氧化石墨烯膜、制备方法及其应用 |
| CN112349795B (zh) * | 2020-10-27 | 2022-03-25 | 嘉兴学院 | 一种表面吸附锂离子的范德华异质结光电二极管器件结构 |
| CN112546976B (zh) * | 2020-11-13 | 2022-08-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种氮化碳基阴阳型可见光驱动胶体马达的制备方法 |
| CN116547526A (zh) | 2020-12-08 | 2023-08-04 | 宝洁公司 | 包括交联碳纳米管传感器的消费品及包括该消费品的系统和方法 |
| CN112808272B (zh) * | 2020-12-23 | 2023-01-24 | 江苏师范大学 | 一种具有sers活性和降解性能的纳米复合基底及其制备方法 |
| CN113559906A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-29 | 南京工大环境科技南通有限公司 | 制备处理难降解废水的半导体耦合复合光催化剂的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120164433A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-28 | The University Of Houston System | Polymer nanocomposite precursors with carbon nanotubes and/or graphene and related thin films and patterning |
| RU2012108641A (ru) * | 2009-08-07 | 2013-09-20 | Гардиан Индастриз Корп. | Осаждение графена на большую поверхность путем гетероэпитаксиального роста и содержащие его изделия |
| US20140138587A1 (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | William Marsh Rice University | Covalent modification and crosslinking of carbon materials by sulfur addition |
| RU2567949C2 (ru) * | 2009-08-07 | 2015-11-10 | Гардиан Индастриз Корп. | Осаждение на большой площади и легирование графена и содержащие его продукты |
| WO2016171239A1 (ja) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | ステラケミファ株式会社 | 炭素材料の架橋構造体及びその製造方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1211199C (zh) | 1996-05-15 | 2005-07-20 | 海珀里昂催化国际有限公司 | 刚性多孔碳结构材料、其制法、用法及含该结构材料的产品 |
| WO1997043774A1 (en) | 1996-05-15 | 1997-11-20 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Graphitic nanofibers in electrochemical capacitors |
| US6872681B2 (en) | 2001-05-18 | 2005-03-29 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Modification of nanotubes oxidation with peroxygen compounds |
| US7341498B2 (en) | 2001-06-14 | 2008-03-11 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Method of irradiating field emission cathode having nanotubes |
| US6783702B2 (en) | 2001-07-11 | 2004-08-31 | Hyperion Catalysis International, Inc. | Polyvinylidene fluoride composites and methods for preparing same |
| JP2005125187A (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Fuji Xerox Co Ltd | ガス分解器、燃料電池用電極およびその製造方法 |
| EP1744988A1 (en) | 2004-05-14 | 2007-01-24 | Sony Deutschland GmbH | Composite materials comprising carbon nanotubes and metal carbonates |
| US7623340B1 (en) | 2006-08-07 | 2009-11-24 | Nanotek Instruments, Inc. | Nano-scaled graphene plate nanocomposites for supercapacitor electrodes |
| US20090166560A1 (en) * | 2006-10-26 | 2009-07-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Sensing of biological molecules using carbon nanotubes as optical labels |
| JP5026209B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2012-09-12 | 富士フイルム株式会社 | カーボンナノチューブ架橋体 |
| US20110189452A1 (en) * | 2009-07-31 | 2011-08-04 | Vorbeck Materials Corp. | Crosslinked Graphene and Graphite Oxide |
| JP2013521656A (ja) | 2010-03-02 | 2013-06-10 | アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー | カーボン・ナノチューブ浸出電極材料を含む螺旋に巻き付けられた電気機器及びその生産方法並びに生産装置 |
| CN101865847B (zh) * | 2010-06-18 | 2012-06-20 | 清华大学 | 拉曼散射基底的制备方法 |
| US8976507B2 (en) | 2011-03-29 | 2015-03-10 | California Institute Of Technology | Method to increase the capacitance of electrochemical carbon nanotube capacitors by conformal deposition of nanoparticles |
| CN103219066B (zh) * | 2012-01-19 | 2016-08-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 二维石墨烯与一维纳米线复合的柔性导电薄膜及其制备方法 |
| KR101589039B1 (ko) | 2013-05-30 | 2016-01-27 | 한국과학기술원 | 대면적 금속 나노 구조물 및 투명전극층을 포함하는 표면증강라만산란 기판, 이의 제조방법 및 이를 이용한 표면증강라만 분광방법 |
| WO2015145155A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | The University Of Manchester | Reduced graphene oxide barrier materials |
| WO2015168411A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Films and methods of forming films of carbon nanomaterial structures |
-
2018
- 2018-01-11 RU RU2019125175A patent/RU2725266C1/ru active
- 2018-01-11 US US15/868,129 patent/US10927006B2/en active Active
- 2018-01-11 DE DE112018000257.8T patent/DE112018000257T5/de active Pending
- 2018-01-11 CN CN201880011486.5A patent/CN110312680A/zh active Pending
- 2018-01-11 WO PCT/US2018/013300 patent/WO2018132558A1/en active Application Filing
- 2018-01-11 CA CA3049659A patent/CA3049659C/en active Active
-
2019
- 2019-08-12 NO NO20190976A patent/NO347753B1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2012108641A (ru) * | 2009-08-07 | 2013-09-20 | Гардиан Индастриз Корп. | Осаждение графена на большую поверхность путем гетероэпитаксиального роста и содержащие его изделия |
| RU2567949C2 (ru) * | 2009-08-07 | 2015-11-10 | Гардиан Индастриз Корп. | Осаждение на большой площади и легирование графена и содержащие его продукты |
| US20120164433A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-28 | The University Of Houston System | Polymer nanocomposite precursors with carbon nanotubes and/or graphene and related thin films and patterning |
| US20140138587A1 (en) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | William Marsh Rice University | Covalent modification and crosslinking of carbon materials by sulfur addition |
| WO2016171239A1 (ja) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | ステラケミファ株式会社 | 炭素材料の架橋構造体及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATEL, SUNY C. et al., Fabrication and cytocompatibility of in situ crosslinked cxarbo nanomaterial films, Scientific Reports,2015,Vol.5,10261, intermal pages 1-13. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10927006B2 (en) | 2021-02-23 |
| NO347753B1 (en) | 2024-03-18 |
| CA3049659A1 (en) | 2018-07-19 |
| CA3049659C (en) | 2021-10-19 |
| NO20190976A1 (en) | 2019-08-12 |
| US20180194620A1 (en) | 2018-07-12 |
| WO2018132558A1 (en) | 2018-07-19 |
| DE112018000257T5 (de) | 2019-09-12 |
| CN110312680A (zh) | 2019-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2725266C1 (ru) | Тонкопленочные подложки, содержащие сшитые углеродные наноструктуры, и связанные способы | |
| Latorre et al. | Carbon nanotubes as solid-phase extraction sorbents prior to atomic spectrometric determination of metal species: A review | |
| US10697918B2 (en) | Polymer / single-walled carbon nanotube composite for gas detection | |
| Konkena et al. | Covalently linked, water-dispersible, cyclodextrin: reduced-graphene oxide sheets | |
| Wei et al. | Stripping voltammetric determination of mercury (II) based on SWCNT-PhSH modified gold electrode | |
| Wen et al. | N-doped reduced graphene oxide/MnO2 nanocomposite for electrochemical detection of Hg2+ by square wave stripping voltammetry | |
| Liu et al. | Functionalizing metal nanostructured film with graphene oxide for ultrasensitive detection of aromatic molecules by surface-enhanced Raman spectroscopy | |
| Anirudhan et al. | Design and fabrication of molecularly imprinted polymer-based potentiometric sensor from the surface modified multiwalled carbon nanotube for the determination of lindane (γ-hexachlorocyclohexane), an organochlorine pesticide | |
| Tcheumi et al. | Electrochemical analysis of methylparathion pesticide by a gemini surfactant-intercalated clay-modified electrode | |
| Hanif et al. | Ultra-selective detection of Cd2+ and Pb2+ using glycine functionalized reduced graphene oxide/polyaniline nanocomposite electrode | |
| Jiokeng et al. | Sensitive stripping voltammetry detection of Pb (II) at a glassy carbon electrode modified with an amino-functionalized attapulgite | |
| Gherasim et al. | NEW POLYMER INCLUSION MEMBRANE. PREPARATION AND CHARACTERIZATION. | |
| Chauhan et al. | New chitosan–thiomer: an efficient colorimetric sensor and effective sorbent for mercury at ultralow concentration | |
| Tcheumi et al. | Surface functionalization of smectite-type clay by facile polymerization of β-cyclodextrin using citric acid cross linker: application as sensing material for the electrochemical determination of paraquat | |
| Shaheen et al. | Selective adsorption of gold ions from complex system using oxidized multi-walled carbon nanotubes | |
| Zaidi et al. | Molecularly imprinted polymer electrochemical sensors based on synergistic effect of composites synthesized from graphene and other nanosystems | |
| Liu et al. | Mussel-inspired immobilization of silver nanoparticles toward sponge for rapid swabbing extraction and SERS detection of trace inorganic explosives | |
| Maghear et al. | Tetrabutylammonium-modified clay film electrodes: Characterization and application to the detection of metal ions | |
| CN102173406A (zh) | 碳纳米管或石墨烯超薄膜的制备方法 | |
| Ghanei-Motlagh et al. | Stripping voltammetric detection of copper ions using carbon paste electrode modified with aza-crown ether capped gold nanoparticles and reduced graphene oxide | |
| Poletti et al. | Electrochemical sensing of glucose by chitosan modified graphene oxide | |
| Patra et al. | Retracted: Imprinted ZnO nanostructure-based electrochemical sensing of calcitonin: A clinical marker for medullary thyroid carcinoma | |
| Kumar et al. | Chemically functionalized graphene oxide thin films for selective ammonia Gas sensing | |
| Kameni et al. | Sensitive electrochemical detection of methyl parathion in the presence of para-nitrophenol on a glassy carbon electrode modified by a functionalized NiAl-layered double hydroxide | |
| US20150014180A1 (en) | Electrochemical synthesis of nitro-chitosan |