TWI394708B - 一維奈米材料之轉印方法 - Google Patents
一維奈米材料之轉印方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI394708B TWI394708B TW098122762A TW98122762A TWI394708B TW I394708 B TWI394708 B TW I394708B TW 098122762 A TW098122762 A TW 098122762A TW 98122762 A TW98122762 A TW 98122762A TW I394708 B TWI394708 B TW I394708B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- substrate
- carbon nanotube
- dimensional nano
- dimensional
- patterned
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 87
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 37
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 28
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 8
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims 1
- 229920002978 Vinylon Polymers 0.000 claims 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 claims 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 claims 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 claims 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 46
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 24
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 20
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002435 venom Substances 0.000 description 1
- 210000001048 venom Anatomy 0.000 description 1
- 231100000611 venom Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/02—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
- B32B37/025—Transfer laminating
-
- 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
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2313/00—Elements other than metals
- B32B2313/04—Carbon
-
- 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
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/773—Nanoparticle, i.e. structure having three dimensions of 100 nm or less
-
- 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
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
-
- 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
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
- Y10S977/845—Purification or separation of fullerenes or nanotubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本發明是有關於一種轉印方法，特別是指一種一維奈米材料(one-dimensional nano-material)之轉印方法。
由於材料在奈米尺度(nanoscale)以下的物性及化性出現有許多塊材(bulk)所觀察不到的特性。因此，不管在基礎學科或高科技產業中，研究開發奈米材料是相當熱門的一個課題。
由於奈米碳管(carbon nanotube，CNT)、奈米線(nanowire)、奈米棒(nanorod)等一維奈米材料具備有高長寬比(aspect ratio)以及優異的電子場效發射(field emission，簡稱FE)等特性；此外，隨著網路數位時代的來臨，電腦的運算速度勢必透過縮短線寬的途徑才可大幅地獲得提昇；因此，前述一維奈米材料已成為奈米元件(nanodevice)不可或缺的應用主力。
此處值得注意的是，電子元件奈米化最需要被注意的問題，主要是在於尺寸的精準度。在一維奈米材料的轉印過程中，一旦經轉印後的一維奈米材料失去轉印前的原始尺寸時，將嚴重地影響到奈米元件的信賴度與生產良率。以下簡單介紹幾篇現有一維奈米材料的轉印技術。
參閱圖1，發明人曾於Nanotechnology17
(2006)2840-2844之Field emission properties of carbon Nanotube arrays through the pattern transfer process的文章中，揭露一種奈米碳管的轉印方法(以下稱前案1)，其包含：
(a1)提供一形成有一圖案化(patterned)奈米碳管陣列111的矽基板11與一網印(screen-printed)有一銀膠(Ag paste)層121的氧化鋁(Al2
O3
)基板12；
(b1)將該圖案化奈米碳管陣列111放置於該銀膠121上，並在一混合氣體(H2
：Ar等於10vol%：90vol%)中對該銀膠層121實施530℃的退火硬化(curing)處理；及
(c1)移除該矽基板11以將該圖案化奈米碳管陣列111轉印至該氧化鋁基板12上。
上述前案1的轉印方法在該步驟(b1)中的圖案化奈米碳管陣列111之一頂緣112是透過毛細作用(capillarity)被吸附包裹於該銀膠層121中。由於該步驟(b1)於實施退火硬化過程中，該銀膠層121將因有機溶劑的揮發而產生收縮(shrinkage)；因此，將降低最終所轉印之圖案尺寸的精準度。此外，前案1最終是將該圖案化奈米碳陣列111轉印至呈剛性的(rigid)氧化鋁基板12上；因此，不適合被拿來作為軟性電子元件使用。
參閱圖2，Yung Joon Jung等人於Nano Lett.,2006 Vol. 6,No. 3,pp. 413~418之Aligned Carbon Nanotube-Polymer Hybrid Architectures for Diverse Flexible Electronic Applications的文章中，公開一種奈米碳管的轉印方法(以下稱前案2)，其包含：
(a2)提供一形成有一圖案化奈米碳管陣列211的基板21；
(b2)將該基板21浸泡於一混合有聚二甲基氧烷(poly dimethylsiloxane，簡稱PDMS)與硬化劑(curing agent)之預聚物溶液(prepolymer solution)22中，以使該預聚物溶液22滲入該圖案化奈米碳管陣列211；
(c2)移除多餘的預聚物溶液22並經由100℃的溫度對該預聚物溶液22施予1小時的硬化處理，以使滲透於該圖案化奈米碳管陣列211的預聚物溶液22成為一軟性基質(flexible matrix)23；及
(d2)自該軟性基質23剝下該基板21以將該圖案化奈米碳管陣列211轉印至該軟性基質23。
雖然上述前案2的轉印方法可將該圖案化奈米碳管陣列211轉印至該軟性基質23中；然而，前案2所揭示的轉印方法不易控制該圖案化奈米碳管陣列211裸露出來的長度；因此，不適用於電子元件相關領域的製程。
參閱圖3、圖4與圖5，發明人亦曾於Nanotechnology19
(2008)465303之Two-dimensional metallic nanobowl array transferred onto thermoplastic substrates by microwave heating of carbon nanotubes的文章中，揭露一種奈米碳管的轉印方法(以下稱前案3)，其包含：
(a3)提供一形成有一圖案化奈米碳管陣列311的矽基板31；
(b3)於該圖案化奈米碳管陣列311上方放置一由聚碳酸酯(polycarbonate，簡稱PC)所構成之軟性基板32，並利用400W的微波(microwave，MW)能量對該圖案化奈米碳管陣列311加熱約30秒~60秒，致使該軟性基板32的一表面321達其玻璃轉化點(glass transition point，簡稱Tg)並包圍結合該圖案化奈米碳管陣列311的一頂緣312；及
(c3)冷卻並自該軟性基板32移除該矽基板31。
雖然上述前案3可將該圖案化奈米碳管陣列311轉印至該軟性基板32。然而，由於該步驟(b3)是經由微波加熱，致使該圖案化奈米碳管陣列311是呈等向性(isotropic)的方式受熱(如圖4的水平箭號與圖5的等向性箭號所示)。此處需說明的是，微波加熱源的設置位置將牽涉到該圖案化奈米碳管陣列311的微波吸收量；因此，前案3所揭示的轉印方法尚存在有熱能吸收量不易控制的問題，導致最終所轉印的圖案失真(參附件1)，不適合應用於奈米級的電子元件的製程。
經上述說明可知，如何精準地將一維奈米材料轉印至軟性基板以提昇一維奈米材料的應用性，是此技術領域者所需突破的課題。
因此，本發明之目的，即在提供一種一維奈米材料之轉印方法。
於是，本發明一維奈米材料之轉印方法，包含：
(A)提供一具有一一維奈米材料的第一基板；
(B)於該一維奈米材料上設置一具有一熱塑性材料(thermoplastic material)之表面的第二基板並對該一維奈米材料升溫，以使得熱是沿著一自該第一基板向該第二基板的傳遞方向傳遞，致使該表面達其玻璃轉化點並包圍結合該一維奈米材料之一遠離該第一基板的第一端；及冷卻並移除該第一基板。本發明之功效在於，精準地將一維奈米材料轉印至軟性基板進而提昇一維奈米材料的應用性。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例、一個具體例與三個應用例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖6與圖7，本發明之一維奈米材料之轉印方法的一較佳實施例，包含：
(A)提供一具有一一維奈米材料41的第一基板4；
(B)於該一維奈米材料41上設置一具有一熱塑性材料之表面51的第二基板5並對該一維奈米材料41升溫，以使得熱是沿著一自該第一基板4向該第二基板5的傳遞方向Y傳遞，致使該表面51達其玻璃轉化點(Tg)並包圍結合該一維奈米材料41之一遠離該第一基板4的第一端411；及
(C)冷卻並移除該第一基板4以完成一軟性電子元件50。
較佳地，該步驟(A)之一維奈米材料41是一奈米碳管束(CNT bundle)。
界定該步驟(B)之熱塑性材料的玻璃轉化點、該步驟(B)之熱塑性材料的熔點與該步驟(B)之受熱的奈米碳管束的溫度，分別為Tg、Tm與Tw，且Tg與Tm是相差△T；當Tw過高或該步驟(B)之奈米碳管束的受熱時間過長時，該表面51之熱塑性材料呈融熔態，致使最終冷卻後的該第二基板5之表面51因實施該步驟(B)時所產生的變形而失去其平坦度。因此，較佳地，Tg<Tw≦(Tg+30%△T)。
更佳地，該步驟(B)之第二基板5是一厚度介於350μm~750μm之間的聚碳酸酯(PC)基板；150℃<Tw≦185℃。
又更佳地，該第一基板4是一厚度介於250μm~700μm之間的矽(Si)基板[熱傳導率(thermal conductivity)約160W/mK]；該步驟(B)是使用一加熱墊板(hot plate)6對該第一基板4的一下表面42加熱，以使得熱是自該第一基板4傳遞至該奈米碳管束(即，該一維奈米材料41)；該步驟(B)之奈米碳管束的受熱時間是少於10分鐘。
此處值得一提的是，由多數多壁奈米碳管(multi-walled carbon nanotube，簡稱MWCNT)所構成之奈米碳管束的橫向熱傳導率，將因不連續的熱傳導路徑(conductive path)而大幅地小於軸向的熱傳導率；然而，經計算是可得，一個別的多壁奈米碳管之熱傳導率約可達3000W/mK。
因此，整理上段說明可知，本發明主要是利用存在於該一維奈米材料41中之軸向熱傳導率大於橫向熱傳導率的特性。透過該加熱墊板6來對該第一基板(Si)4的下表面41加熱，以使得自該加熱墊板6所產生的熱可透過該第一基板(Si)4沿著該傳遞方向Y依序地被傳遞至該一維奈米材料41與該第二基板(PC)5的表面51，並致使該表面51達其軟化點(Tg)進而包圍結合該一維奈米材料41的第一端411。
1.奈米碳管束之反應氣體源：購自洽隆公司的乙炔(acetylene，C2
H2
)。
2.聚碳酸酯(PC)基板：購自一般材料行無型號；厚度約500μm；Tg為150℃；Tm為267℃；△T為117℃。
3.奈米碳管束成長設備：購自環巨科技之自組裝的冷壁式熱化學氣相沉積(cold-wall thermal CVD)系統。
4.加熱墊板：購自NEWLAB之型號為HP-303D的加熱器。
5.場效發射電性分析：購自美商Keithley公司所產237型儀器。
6.電阻變化率分析設備：購自YOKOGAWA電子公司之7555 Digital Multimeter。
經由一濺鍍系統(sputtering system，圖未示)於一厚度約500μm的矽基板上形成一具有一預定圖案之催化劑層。該催化劑層具有以下膜層結構：Co/Ti，且Co與Ti的厚度分別約0.5nm~3nm。
將形成有該Co/Ti鍍層的矽基板設置於該冷壁式熱CVD系統(圖未示)內，使用流量約60sccm的C2
H2
以維持工作壓力(working pressure)約10Torr，並在550℃的工作溫度下於該矽基板上成長出一長度約6μm之圖案化多壁奈米碳管束。
再參閱圖6，進一步地，將形成有該圖案化多壁奈米碳管束(一維奈米材料41)的矽基板(即，第一基板4)設置於該溫度被設定為170℃的加熱墊板[再參圖6之步驟(B)]6上加熱5分鐘；同時，於該圖案化多壁奈米碳管束上設置一聚碳酸酯(PC)基板(即，第二基板5)以使該聚碳酸酯基板的表面(即，表面51)達其軟化點(Tg)並包圍結合該圖案化多壁奈米碳管束的頂緣(即，第一端411)。此處值得注意的是，在本發明該具體例中，在該加熱墊板6的溫度被設定為170℃的條件下，加熱時間是5分鐘；然而，當該加熱墊板6的溫度是設定為趨近150℃[即，該聚碳酸酯(PC)基板的Tg點]時，則加熱時間可控制在少於10分鐘。
最後，冷卻並移除該矽基板(即，第一基板4)，進而完成如圖6之步驟(C)所示的軟性電子元件50。
參閱圖8，該具體例之掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，簡稱SEM)巨觀俯視影像顯示有被轉印於該PC基板上之圖案化多壁奈米碳管束的巨觀圖案之結構。
參閱圖9，由該具體例之SEM傾角微觀影像顯示可知，顯示於圖9之圖案化多壁奈米碳管束具有一尺寸僅約5μm的圖案寬度。此外，由圖9左上方插置的SEM傾角微觀影像圖可知，該圖案化多壁奈米碳管束於5μm寬的區域處是直立於該聚碳酸酯(PC)基板上；又，該PC基板的表面因該圖案化多壁奈米碳管束的熱傳而受熱後，不僅無明顯的變形，且鄰近於該圖案化多壁奈米碳管束之PC基板的空白區域(blank area)亦不受影響。
參閱圖10，由該具體例之SEM截面微觀影像顯示可知，由於該圖案化多壁奈米碳管束本身之軸向熱傳遞，致使該PC基板表面達其Tg點並對該圖案化多壁奈米碳管束產生局部的毛細力量(capillary force)；因此，顯示於圖10之圖案化多壁奈米碳管束已被該PC基板表面所結合。
參閱圖11，由該具體例之SEM傾角微觀影像顯示可知，呈方形的圖案化多壁奈米碳束是維持原來的態樣被轉印至該PC基板上，且被轉印後的奈米碳管束裸露約5μm的長度於該PC基板上。
參閱圖12，由該具體例所製得之軟性電子元件的SEM傾角巨觀影像顯示可知，該軟性電子元件是以一約864μm的曲率半徑(radius of curvature)被彎曲[即，轉印有該圖案化多壁奈米碳管之PC基板的表面是受一拉伸彎曲(tensile bending)應力]。
參閱圖13，由圖12之傾角微觀影像顯示可知，該軟性電子元件在承受該拉伸彎曲應力之後，於該PC基板表面顯示有些許因塑性變形(plastic deformation)而產生的裂縫(cracks)。
參閱圖14，由圖13之傾角微觀影像顯示可知，該軟性電子元件之PC基板表面在承受該塑性變形後，被轉印於該PC基板的圖案化多壁奈米碳管束仍穩固地結合於該PC基板的表面。
參閱圖15，利用上述具體例之轉印方法製配一軟性電子元件71，以作為一被應用於一場效發射顯示器a的軟性場效發射源(emitter)。
該場效發射顯示器a具有該軟性電子元件71、一形成於該軟性電子元件71上方的顯示板72，及一夾置於該軟性電子元件71與該顯示板72之間且是一厚度約300μm之鐵氟龍(Teflon)的間隔單元(spacer)73。該顯示板72具有一ITO玻璃721及一夾置於該間隔單元73與該ITO玻璃721之間的磷光層(phosphor layer)722。由該軟性電子元件71、該顯示板72與該間隔單元73所共同界定之一空間的壓力是介於10-6
Torr~10-7
Torr之間。
另，參閱圖16，上述軟性電子元件71亦可被拿來作為一被應用於軟性場效發射顯示器b的軟性場效發射源。該軟性場效發射顯示器b的結構大致上是相同於該場效發射顯示器a，其不同處是在於，該顯示板72是被一軟性顯示板74所取代。該軟性顯示板74具有一聚碳酸酯(PC)741、一形成於該聚碳酸酯741且是由一厚度約50nm的鉬(Mo)所構成之透明導電層742，及一夾置於該聚碳酸酯741與該透明導電層742之間的磷光層743。
參閱附件2，由該等場效發射顯示器a、b所取得之發光測試影像圖顯示可知，自該場效發射顯示器a之上、下方所取得之發光影像(a’)、(a”)的亮度與自該場效發射顯示器b之上方所取得的發光影像(b)，皆隨著外加偏壓的上升(500V、600V、700V)而增加。此外，該等場效發射顯示器a、b除了具備有雙向顯示的功能外，該軟性場效發射顯示器b在一4.5cm之曲率半徑的彎曲條件下，亦呈現有優異的發光效果。
參閱圖17，由上述場效發射顯示器a、b之電流密度(current density，J)對電場強度(electric field，E)曲線圖顯示可知，當電流密度(J)達1.0mA/cm2
時，該場效發射顯示器a之上、下方電場強度(見曲線a’、a”之E值)可達2.25V/μm；而在相同的電場強度下，該軟性場效發射顯示器b在該曲率半徑的彎曲條件下之電流密度(見曲線b之J值)亦可達0.8mA/cm2
。此外，當電流密度(J)達10μA/cm2
時所取得之曲線a’、a”、b的起始電場(turn-on field，E0
)亦分別可達1.13V/μm、1.23V/μm、1.30V/μm。又，經插置於圖17內的Fowler-Nordheim曲線(F-N plot)可計算取得曲線a’、a”、b之電場放大因子(field enhancement factor，β值)分別為6222、6550、3550。
此處需說明的是，該軟性場效發射顯示器b內的圖案化多壁奈米碳管束扮演著橫向傳導的角色。由於該軟性場效發射顯示器b在該彎曲條件下，其內部圖案化多壁奈米碳管束的傳導路徑(conductive path)是處於被拉長的狀態，導致電阻值升高；因此，致使曲線b之電場放大因子(β值)遠低於曲線a’、a”。
利用本發明具體例之轉印方法製配一軟性電子元件，是作為一電阻式應變規(strain gage)使用。
電阻式應變規的原理主要是來自於，當一附貼於一試片上的金屬電阻絲因該試片承受應力而導致該金屬電阻絲產生形變(應變)時，金屬電阻絲本身的電阻值亦會改變。因此，經由阻值變化可推算得該元件所承受的應力與應變。
由上段電場放大因子的相關說明可知，當該電阻式應變規之形成有奈米碳管束的表面是處於拉伸彎曲的狀態時，該電阻式應變規的電阻值將因傳導路徑的拉長而提昇；反之，當該電阻式應變規之形成有奈米碳管束的表面是處於壓縮彎曲(compressive bending)的狀態時，該電阻式應變規的電阻值將因傳導路徑的縮短而下降。
參閱圖18，由電阻值(R)對彎曲次數作圖可得，於每次彎曲前所取得之無彎曲應力狀態下的電阻值與於每次彎曲後所取得之無彎曲應力狀態下的電阻值差異不大，顯示出該電阻式應變規於反覆實施彎曲拉伸應力後，仍維持原有的導通特性。
圖19顯示有電阻變化率[variation in resistance，(△R/R0
)×100%]對變形量[degree of deformation，(△C/C0
)×100%]曲線圖。△R被定義為Ri
-R0
，其中，Ri
與R0
分別是該電阻式應變規於受彎曲應力狀態之電阻值與無應力狀態之電阻值。△C被定義為Ci
-C0
，其中，Ci
與C0
分別是該電阻式應變規於受彎曲應力狀態之尺寸與無應力狀態之尺寸。由圖19顯示可知，該電阻式應變規的電阻變化率[(△R/R0
)×100%]隨著變形量(即，拉伸彎曲應力)的增加而上升。
參閱圖20，由電阻變化率[(△R/R0
)×100%]對變形量[(△C/C0
)×100%]曲線圖顯示可知，該電阻式應變規的電阻變化率[(△R/R0
)×100%]隨著變形量(即，壓縮彎曲應力)的增加而下降。
經前述SEM之俯視影像、傾角影像與截面影像等分析說明可知，本發明一維奈米材料之轉印方法不僅可精準地將原始圖案化多壁奈米碳管束轉印至該聚碳酸酯(PC)基板上。此外，該聚碳酸酯(PC)基板因承受拉伸彎曲應力而產生塑性變形後，被轉印至該聚碳酸酯(PC)基板的圖案化多壁奈米碳管束亦仍穩固地結合於該聚碳酸酯(PC)基板的表面。因此，本發明一維奈米材料之轉印方法適合被應用於奈米級電子元件的製程。
另，經前述場效發射特性分析的說明可知，由本發明該具體例之轉印方法所製得之軟性電子元件，不僅可作為該軟性場效發射顯示器b的場效發射源使用；此外，該軟性場效發射顯示器b於承受拉伸彎曲應力的狀態下仍維持有優異的場效發射特性。因此，大幅提昇了一維奈米材料的應用性。
又，經上述電阻變化率的分析說明可知，由本發明該具體例之轉印方法所製得的軟性電子元件，亦可進一步地被拿來作為電阻式應變規使用。因此，更擴大了本發明一維奈米材料之轉印方法的應用面。
綜上所述，本發明一維奈米材料之轉印方法，可精準地將一維奈米材料轉印至軟性基板進而提昇一維奈米材料的應用性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例與具體例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
4．．．第一基板
41．．．一維奈米材料
42．．．下表面
411．．．第一端
5．．．第二基板
50．．．軟性電子元件
51．．．表面
6．．．加熱墊板
71．．．軟性電子元件
72．．．顯示板
721．．．ITO玻璃
722．．．磷光層
73．．．間隔單元
74．．．軟性顯示板
741．．．聚碳酸酯
742．．．透明導電層
743．．．磷光層
a．．．場效發射顯示器
b．．．軟性場效發射顯示器
Y．．．傳遞方向
圖1是一元件製作流程示意圖，說明一前案1之奈米碳管的轉印方法；
圖2是一元件製作流程示意圖，說明一前案2之奈米碳管的轉印方法；
圖3是一元件製作流程示意圖，說明一前案3之奈米碳管的轉印方法；
圖4是圖3之步驟(b3)的局部放大示意圖，說明該前案3之奈米碳管是呈等向性受熱；
圖5是圖4之俯視示意圖，說明該前案3之奈米碳管是呈等向性受熱；
圖6是一元件製作流程示意圖，說明本發明一維奈米材料之轉印方法的一較佳實施例；
圖7是圖6之步驟(B)的局部放大示意圖，說明本發明該較佳實施例之一維奈米材料是呈異向性受熱；
圖8是一SEM俯視影像圖，說明本發明一維奈米材料之轉印方法之一具體例在轉印後的巨觀與微觀的俯視影像；
圖9是一SEM微觀傾角影像圖，說明本發明該具體例在轉印後之微觀傾角影像；
圖10是一SEM微觀截面影像圖，說明本發該具體例在轉印後的微觀截面影像；
圖11是一SEM傾角影像圖，說明本發明該具體例在轉印後之微觀傾角影像；
圖12是一SEM巨觀傾角影像圖，說明由本發該具體例所製得之一軟性電子元件在彎曲狀態下的巨觀傾角影像；
圖13是圖12之微觀傾角影像圖，說明由本發該具體例所製得之軟性電子元件在彎曲狀態下的微觀傾角影像顯示有因彎曲所產生的裂痕；
圖14是圖13之微觀傾角影像圖，說明由本發該具體例所製得之軟性電子元件在彎曲狀態下的微觀傾角影像；
圖15是一正視示意圖，說明由本發明該具體例所製得之軟性電子元件被應用於一場效發射顯示器的狀態；
圖16是一正視示意圖，說明由本發明該具體例所製得之軟性電子元件被應用於一軟性場效發射顯示器的狀態；
圖17是一場效發射特性曲線圖，說明該場效發射顯示器與該軟性場效發射顯示器的場效發射特性；
圖18是一電阻(R)對彎曲次數圖，說明由本發明該具體例所製得之電阻式應變規在承受數次拉伸彎曲應力後之無應力狀態的電阻值；
圖19是一電阻變化率[(△R/R0
)×100%]對變形量[(△C/C0
)×100%]曲線圖，說明由本發明該具體例所製得之一電阻式應變規承受一拉伸彎曲應力時的電阻變化率；及
圖20是一電阻變化率[(△R/R0
)×100%]對變形量[(△C/C0
)×100%]曲線圖，說明由本發明該具體例所製得之電阻式應變規承受一壓縮彎曲應力時的電阻變化率。
4．．．第一基板
41．．．一維奈米材料
411．．．第一端
42．．．下表面
5．．．第二基板
51．．．表面
Y．．．傳遞方向
Claims (5)
- 一種一維奈米材料之轉印方法，包含：(A)提供一具有一一維奈米材料的第一基板；(B)於該一維奈米材料上設置一具有一熱塑性材料之表面的第二基板並對該一維奈米材料升溫，以使得熱是沿著一自該第一基板向該第二基板的傳遞方向傳遞，致使該表面達其玻璃轉化點並包圍結合該一維奈米材料之一遠離該第一基板的第一端；及(C)冷卻並移除該第一基板。
- 依據申請專利範圍第1項所述之一維奈米材料之轉印方法，其中，該步驟(A)之一維奈米材料是一奈米碳管束。
- 依據申請專利範圍第2項所述之一維奈米材料之轉印方法，其中，界定該步驟(B)之熱塑性材料的玻璃轉化點、該步驟(B)之熱塑性材料的熔點與該步驟(B)之受熱的奈米碳管束的溫度分別為Tg、Tm與TW，且Tg與Tm相差△T；Tg＜TW≦(Tg+30%△T)。
- 依據申請專利範圍第3項所述之一維奈米材料之轉印方法，其中，該步驟(B)之第二基板是一厚度介於350μm~750μm之間的聚碳酸酯基板；150℃＜Tw≦185℃。
- 依據申請專利範圍第4項所述之一維奈米材料之轉印方法，其中，該第一基板是一厚度介於250μm~700μm之間的矽基板；該步驟(B)是對該第一基板加熱以使得熱是自該第一基板傳遞至該奈米碳管束；該步驟(B)之奈米碳管束的受熱時間是少於10分鐘。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW098122762A TWI394708B (zh) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | 一維奈米材料之轉印方法 |
| US12/782,610 US8119504B2 (en) | 2009-07-06 | 2010-05-18 | Method for transferring a nano material from a substrate to another substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW098122762A TWI394708B (zh) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | 一維奈米材料之轉印方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201102342A TW201102342A (en) | 2011-01-16 |
| TWI394708B true TWI394708B (zh) | 2013-05-01 |
Family
ID=44342040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW098122762A TWI394708B (zh) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | 一維奈米材料之轉印方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8119504B2 (zh) |
| TW (1) | TWI394708B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI426619B (zh) * | 2010-06-25 | 2014-02-11 | Univ Nat Taiwan | 太陽能電池與其異質接合結構的製造方法 |
| KR101639376B1 (ko) * | 2014-08-06 | 2016-07-13 | 성균관대학교산학협력단 | 나노채널 폴리머 복합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 멤브레인 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200720839A (en) * | 2005-10-20 | 2007-06-01 | Agency Science Tech & Res | Hierarchical nanopatterns by nanoimprint lithography |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067328B2 (en) * | 2003-09-25 | 2006-06-27 | Nanosys, Inc. | Methods, devices and compositions for depositing and orienting nanostructures |
| US7202173B2 (en) * | 2004-12-20 | 2007-04-10 | Palo Alto Research Corporation Incorporated | Systems and methods for electrical contacts to arrays of vertically aligned nanorods |
| TWI381536B (zh) * | 2008-08-29 | 2013-01-01 | Univ Nat Taiwan | 微奈米結構ｐｎ二極體陣列薄膜太陽能電池及其製作方法 |
| US20110126896A1 (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-02 | Taiwan Textile Research Institute | Photovoltaic Devices and Methods for Producing the Same |
-
2009
- 2009-07-06 TW TW098122762A patent/TWI394708B/zh not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-05-18 US US12/782,610 patent/US8119504B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200720839A (en) * | 2005-10-20 | 2007-06-01 | Agency Science Tech & Res | Hierarchical nanopatterns by nanoimprint lithography |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蔡宗岩，"垂直排列奈米碳管之低溫製程與其轉印技術應用於軟性電子與有序週期陣列:場發射元件與光柵"，國立清華大學材料科學工程研究所博士論文，2009/07^&rn^ * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110189799A1 (en) | 2011-08-04 |
| TW201102342A (en) | 2011-01-16 |
| US8119504B2 (en) | 2012-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Song et al. | Controllable fabrication of carbon nanotube-polymer hybrid thin film for strain sensing | |
| Bae et al. | Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes | |
| JP5707628B2 (ja) | グラフェンのロールツーロール転写方法、グラフェンのロールツーロール転写装置、グラフェンロールの製造方法、及び素子の製造方法 | |
| Li et al. | Transparent, flexible heater based on hybrid 2D platform of graphene and dry-spun carbon nanotubes | |
| Luo et al. | Hybrid spray-coating, laser-scribing and ink-dispensing of graphene sensors/arrays with tunable piezoresistivity for in situ monitoring of composites | |
| In et al. | Laser-assisted simultaneous transfer and patterning of vertically aligned carbon nanotube arrays on polymer substrates for flexible devices | |
| Jung et al. | Flexible transparent conductive heater using multiwalled carbon nanotube sheet | |
| WO2009139331A9 (ja) | 炭素線および炭素膜からなるナノ構造体およびそれらの製造方法 | |
| Lee et al. | Carbon nanotube film piezoresistors embedded in polymer membranes | |
| JP6469484B2 (ja) | ひずみセンサ | |
| KR20110055653A (ko) | 탄소 나노튜브, 풀러렌 및/또는 그래핀을 함유하는 코팅을 생성하기 위한 방법 | |
| WO2007053202A2 (en) | Systems and methods for nanomaterial transfer | |
| Bae et al. | 30 inch roll-based production of high-quality graphene films for flexible transparent electrodes | |
| KR101637920B1 (ko) | 투명필름히터 및 그의 제조방법 | |
| TWI339465B (en) | Electromagnetic shielding layer and method for making the same | |
| TWI487033B (zh) | 製備奈米碳管薄膜及薄膜電晶體的方法 | |
| Xie et al. | Aligned carbon nanotube coating on polyethylene surface formed by microwave radiation | |
| KR20150002972A (ko) | 탄소나노튜브(cnt) 네트워크 필름을 구비하는 양극성 변형 센서 | |
| Yi et al. | Selectively patterned regrowth of bilayer graphene for self-integrated electronics by sequential chemical vapor deposition | |
| TWI394708B (zh) | 一維奈米材料之轉印方法 | |
| Wu et al. | Ultralong aligned single-walled carbon nanotubes on flexible fluorphlogopite mica for strain sensors | |
| Park et al. | PDMS micro-dewy spider-web-like metal nanofiber films for fabrication of high-performance transparent flexible electrode with improved mechanical strength | |
| Ma et al. | Highly conductive and stretchable Ag nanodendrite-based composites for application in nanoelectronics | |
| KR20140007589A (ko) | 주름진 선형 미세구조체의 전사방법 | |
| Hwang et al. | Simple method for high-performance stretchable composite conductors with entrapped air bubbles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |