TWI477438B - 奈米線薄膜及其製造方法 - Google Patents

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Description

奈米線薄膜及其製造方法
本發明涉及一種奈米線薄膜及其製造方法。
在高度集成化浪潮的推動下，現代技術對奈米尺度功能器件的需求將越來越迫切。奈米線具有極高的表面積對體積比，此一維結構在表面特徵、機械性質、量子效應等方面皆有不俗的表現，因此根據不同材料的特性，其奈米線結構也相應的衍生了各種不同的應用，諸如：氣體感測器、場效電晶體以及發光元件等。
然而，在利用奈米線製作元件的難度在於，如何克服其尺寸問題並加以對位、控制是一個難點。倘若能夠控制奈米線使之大量規則排列，將會使得奈米線能夠順利的導入量產製程。目前已知的製備奈米線薄膜方法大致有：介電泳(Dielectrophoresis)、微流道(Micro-fluid channel)、吹膜(Blown film extrusion)等方法，而以上製程皆需將奈米線自成長基板取下，再均勻分散至溶劑中，屬於濕式製程，其在準備或排列上需耗費較長時間，並且在將奈米線自成長基板上取下的過程中，很容易損壞奈米線之結構而影響了其功能性。
有鑒於此，提供一種製程簡單並且成本較低的奈米線薄膜及其製造方法實為必要。
一種奈米線薄膜，其中，該奈米線薄膜包括第一基板以及依次層疊於該第一基板上的奈米線層、熱塑性高分子膜層及第二基板，其中該奈米線層由複數奈米線組成，該奈米線的延伸方向平行於該第一基板。
一種奈米線薄膜之製造方法，其包括如下步驟：提供一第一基板，該第一基板具有第一表面，該第一表面上垂直生長有奈米線陣列；提供一第二基板，該第二基板具有第二表面，在該第二表面上塗覆一層溶解有熱塑性高分子材料的溶液；加熱該第二基板以蒸發該溶液的溶劑以使該熱塑性高分子材料析出成膜，進一步加熱以軟化該熱塑性高分子膜；將該第二基板與該第一基板相互蓋合以使該第二基板上被軟化後的該熱塑性高分子膜與生長於該第一基板上的奈米線陣列相互貼合；滾輪壓合該相互蓋合的第一基板與第二基板。
與先前技術相比，本發明提供的該奈米線薄膜具有大面積規則排列之奈米線，便於後續之使用。該奈米線薄膜之製造方法操作簡單，能夠對生長於基板上的奈米線陣列直接進行加工，無須將奈米線陣列由生長基板上取下，從而不但避免了奈米線陣列在由生長基板上取下的過程中受到損傷，而且可以實現奈米線薄膜之規模化生產。
10‧‧‧第一基板
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧奈米線陣列
20‧‧‧奈米線層
30‧‧‧熱塑性高分子膜層
40‧‧‧第二基板
41‧‧‧第二表面
圖1係本發明實施例所提供的該奈米線薄膜的結構示意圖。
圖2係圖1所示的該奈米線薄膜的製造流程示意圖。
圖3係圖1所示的該奈米線薄膜中奈米線的電鏡照片。
下面將結合附圖對本發明所提供的實施例作進一步詳細說明。
請參見圖1，本發明實施例所提供的奈米線薄膜100，其包括第一基板10以及依次層疊於該第一基板10上的奈米線層20、熱塑性高分子膜層30以及第二基板40。
該奈米線層20由複數平行排列的奈米線組成，並且該奈米線的延伸方向平行於該第一基板10。在本實施例中，該奈米線層20為碳奈米線層，可以理解的，該奈米線層20還可以是其它材料的奈米線層，例如矽奈米線層、氧化鋅奈米線層等，並且該複數奈米線也可以不相互平行。
如圖2所示，本發明還提供了上述奈米線薄膜100之製造方法，其包括如下步驟。
(1)提供一第一基板10，該第一基板10具有第一表面11，該第一表面11上垂直生長有奈米線陣列12。
在本實施例中，該第一基板10為矽基板，該奈米線陣列12為直接生長在該矽基板上的碳奈米線陣列，優選的，該碳奈米線陣列為超順排列的碳奈米線陣列。
可以理解的，該第一基板10還可以是其它的剛性基板或者可撓性基板，該奈米線陣列12可以是通過移植等方法由其它適合於奈米線生長的基板上移植到該第一基板10上的。
可以理解的，該奈米線陣列12可以是由其它材料所形成的奈米線陣列，例如矽奈米線陣列、氧化鋅奈米陣列等。
(2)提供一第二基板40，該第二基板具有第二表面41，採用旋轉塗佈的方式在該第二表面41上塗覆一層溶解有熱塑性高分子材料的溶液。
該第二基板40可以是剛性基板或者可撓性基板，在本實施例中該第二基板40是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板，而該熱塑性高分子材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
需要注意的是，在選擇該熱塑性高分子材料的溶劑時需要考慮該第二基板40的材料，以使使用的溶劑適合於該第二基板40。在本實施例中，該第二基板40為親水性的PET基板，故選擇極性較低的甲苯作為PMMA的溶劑。
在該第二基板40上進行旋轉塗佈時，該PMMA溶液的濃度與旋轉塗佈的速度設定則依據實際所需進行調整控制，只要使得最後塗覆於該第二基板40上的可塑性高分子膜層30的厚度滿足使用需要即可。
(3)加熱該第二基板40以蒸發該PMMA溶液的溶劑以使PMMA析出成膜，進一步加熱以軟化該PMMA膜。
優選的，在對該第二基板40加熱時採用兩段式加熱，首先以較低的溫度對該第二基板40進行加熱使該PMMA溶液中的溶劑完全揮發，此時PMMA全部析出成膜並貼覆在該第二基板40的第二表面41上，然後升溫至該PMMA玻璃化轉變溫度或以上以軟化該PMMA膜。這樣可以避免由於溶劑蒸發過快而使得生成的PMMA膜的均勻度受到影響。
(4)將該第二基板40蓋向該第一基板10，並使得該第二基板40上 被軟化後的PMMA膜與生長於該第一基板10上的奈米線陣列12相互貼合。
(5)滾輪壓合該相互貼合的第一基板10與第二基板40。
在滾輪壓合過程中，滾輪會提供一側向壓力來推倒垂直生長於該第一基板10上的奈米線陣列12，並且同時在壓合過程中藉由該軟化後的PMMA膜所產生的黏滯力來帶動該奈米線陣列12發生側向傾倒，最後可以獲得大面積規則排列之奈米線薄膜100，圖3為依照上述方法所製備出來的奈米線薄膜之微觀照片，圖中黑色背景為奈米線薄膜之基板，白色條狀物為平行於該基板排列的奈米線群。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧第一基板
11‧‧‧第一表面
12‧‧‧奈米線陣列
30‧‧‧熱塑性高分子膜層
40‧‧‧第二基板
41‧‧‧第二表面

Claims (10)

  1. 一種奈米線薄膜，其中，該奈米線薄膜包括第一基板以及依次層疊於該第一基板上的奈米線層、熱塑性高分子膜層及第二基板，其中該奈米線層由複數奈米線組成，該奈米線的延伸方向平行於該第一基板；該熱塑性高分子膜層中含有的熱塑性高分子材料是聚甲基丙烯酸甲酯，該熱塑性高分子膜層经加热软化產生黏滯使奈米線發生側向傾倒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的奈米線薄膜，其中：該奈米線層由複數平行排列的奈米線組成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的奈米線薄膜，其中：該奈米線層由複數平行排列的碳奈米線組成。
  4. 一種奈米線薄膜之製造方法，其包括如下步驟：提供一第一基板，該第一基板具有第一表面，該第一表面上垂直生長有奈米線陣列；提供一第二基板，該第二基板具有第二表面，在該第二表面上塗覆一層溶解有熱塑性高分子材料的溶液；加熱該第二基板以蒸發該溶液的溶劑以使該熱塑性高分子材料析出成膜，進一步加熱以軟化該熱塑性高分子膜；將該第二基板與該第一基板相互蓋合以使該第二基板上被軟化後的該熱塑性高分子膜與生長於該第一基板上的奈米線陣列相互貼合；滾輪壓合該相互蓋合的第一基板與第二基板。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該加熱第二基板的步驟進一步分為兩個步驟，首先以較低的溫度加熱該第二基板以蒸發溶劑，然後再升溫至該熱塑性高分子材料的玻璃化轉變溫度或以上 以使該析出的熱塑性高分子膜軟化。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該奈米線陣列係超順排列的奈米線陣列。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該奈米線陣列係超順排列的碳奈米線陣列。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該第二基板係可挠性透明基板。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該熱塑性高分子材料為聚甲基丙烯酸甲酯。
  10. 如申請專利範圍第4項所述的奈米線薄膜之製造方法，其中：該溶解有熱塑性高分子材料的溶液係採用旋轉塗佈的方式塗覆在該第二基板的第二表面上。
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