用于将纳米线从流体传递到衬底表面的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的方法，其包含：向容器提供(图2A)流体，所述流体包括第一液体(11)、第二液体(12)以及多根纳米线(25)，其中所述第一和第二液体相分离成下相、上相以及在所述下相和所述上相之间的界面(13)；其中所述纳米线被官能化为在所述界面处垂直对准成纳米线聚集体；其中所述流体具有组成被配置为改变所述上相的组成或者所述下相的组成以抵消所述界面的膨胀(图2B)的物质；以及使所述纳米线聚集体与衬底表面相接触，使得所述纳米线的大部分在所述衬底上相对于彼此对准。

Method for transferring nanowires from fluids to substrate surfaces

The invention provides a method for transferring a combination of directional nanowires from a fluid to a substrate surface, which comprises: providing a fluid (Fig. 2A) to a container, comprising a first liquid (11), a second liquid (12) and a plurality of nanowires (25), wherein the first and second liquid phases are separated into a lower phase, an upper phase and an interface (13) between the lower phase and the upper phase. The nanowires are functionalized into nanowire aggregates vertically aligned at the interface; the fluid has a substance configured to change the composition of the upper phase or the lower phase to offset the expansion of the interface (Fig. 2B); and to contact the nanowire aggregates with the substrate surface so that most of the nanowires are relative to each other on the substrate. Aim at each other.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将纳米线从流体传递到衬底表面的方法
本专利技术涉及纳米装置的形成，并且具体涉及捕获和对准纳米线以制造纳米装置。更具体地，本公开涉及用于将定向纳米线从流体传递到衬底表面的方法。
技术介绍
用于捕获表面上的纳米结构的常规技术集中于对准和捕获/沉积具有小的长度/直径比(例如，纳米棒、纳米颗粒)的纳米结构。然而，对具有可观长度/直径比(例如，纳米线)的捕获和对准更为困难。还难以以优选的方向对准纳米线。常规技术使用外部控制(例如，外加电场、缓慢溶剂蒸发或热退火)，这可能需要使用外部设备或高电压以实现对纳米结构的对准和捕获/沉积。这些外部控制增加了生产成本并且降低了纳米线装置生产的可扩展性。申请人的公布为WO2015/166416Al的在先申请公开了一种用于从液体界面到表面上捕获和对准纳米线的组合件的方法，其包括提供第一液体和第二液体，其中第一和第二液体相分离成下相、上相以及在下相和上相之间的界面。纳米线被设置成使得纳米线的大部分位于界面处，并且将纳米线设置在衬底上使得纳米线的大部分在衬底上相对于彼此对准。在本领域对提供合适的纳米线组合件以及针对在衬底表面上捕获该组合件仍然存在改进的空间。更具体地，希望改进以用于在将纳米线聚集体从流体传递到衬底表面的过程中获得更高质量，以及还在所得到的衬底的完美水平方面获得改进。
技术实现思路
本文中提供了解决方案，其解决了和向衬底表面传递纳米线组合件有关的问题。一个实施例涉及用于将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的方法，其包含：向容器提供流体，所述流体包含第一液体、第二液体以及多根纳米线，其中所述第一和第二液体相分离成下相、上相以及在所述下相和所述上相之间的界面；其中所述纳米线被官能化为在所述界面处垂直对准成纳米线聚集体；其中所述流体设置有组成被配置为抵消所述界面的膨胀的物质；以及使所述纳米线聚集体与衬底表面相接触，使得所述纳米线的大部分在所述衬底上相对于彼此对准。在权利要求书中提供了进一步的详细解决方案。附图说明图1A至1D示意性地示出了根据实施例的捕捉和对准纳米线的组合件的方法的各种步骤。图2A和2B示意性地示出了根据实施例的在流体物质修改之前和之后包括纳米线聚集体的相界面。图3是根据实施例的官能化纳米线的示意图。图4是根据实施例的在流体界面处经对准和组装的纳米线的聚集体的示意图。图5是将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的方法的示意图。图6是用于将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的容器设备的示意图。图7是根据实施例的纳米线装置(例如，太阳能电池)的示意性侧横截面视图。图8是显示利用如本文所提供的方法传递到衬底的纳米线的图像。具体实施方式以下将参考附图描述各种实施例。实施例应当被视为示范性的，并且在权利要求书的范围内提供的实现解决方案的其它方式也因此是可预见的。本专利技术大体上涉及形成纳米线的纳米线组合件的聚集体，该纳米线优选地沿共同方向在流体的基本上不可混溶的第一和第二液体之间形成的界面处对准。这种含有纳米线的流体可以按照各种方式形成，例如通过首先将第一和第二液体结合并且之后添加纳米线，或者通过在将一种液体与另一种液体结混合之前向其添加纳米线。经适当官能化的纳米线随后将易于在界面处组装。然而，在衬底表面上从此类流体界面捕获对准的纳米线的技术仍然与若干障碍有关，希望能够例如在例如纳米线对准、取向以及表面密度方面，提升此类纳米线衬底的质量。专利技术人已经认识到，一种用于提高这种质量的解决方案是将流体组成制备成使得纳米线聚集体适合于在界面处形成。此外，流体设置有采用组成被配置为抵消界面的膨胀的组成的物质。在各种实施例中这可以通过选择性地设置该物质的组成来实现，例如通过仔细选择物质的类型以及其浓度。以此方式，界面被拉出，以便被基本上平坦化以用于与平坦衬底表面的适当接合。在其它实施例中，流体组成可以在后续步骤中修改，在允许在流体中形成界面之后，通过添加采用组成使得界面被拉出而被基本上平坦化以用于与平坦衬底表面适当接合的组成的物质。由此而论，平坦化的目的是使上相向下相的膨胀或鼓起最小化或减少，即，增大界面在垂直平面中的曲率半径。在极端情况下，这将意味着从其中第二上相液体可能在第一液体11的表面处悬浮成基本上球形的小滴的状态到其中第一液体以基本上水平的界面浮在第一下相液体的顶部上的状态。现在将描述各种实施例和方面。参考图1A，方法的实施例使用位于容器1中的第一液体11以及构成第二液体12的纳米线分散液12，其中第二液体12被添加到第一液体11。纳米线分散液12优选地通过将预制纳米线20分散在分散液中来制备。也就是说，与在分散流体中原位形成纳米线形成对照，所述纳米线在被添加至分散流体12之前制成。在此实施例中，分散液12被选择成使得纳米线分散液在第一液体11中不混溶或者仅部分混溶。以此方式，当将纳米线分散液添加到第一液体11时，第一液体11和分散液12相分离，从而形成双相液体系统。密度更大的液体11沉降到容器1的底部从而形成下相，而密度较小的液体12浮在第一液体11的顶部上从而形成上相。所得到的双相系统具有上相和下相以及在上相和下相之间的界面13。在实施例中，在纳米线分散液中的纳米线20可以由相同的材料制成。替代地，纳米线分散液12可以包括由不同材料制成的纳米线。适合于在本实施例以及以下实施例中使用的纳米线材料包括金属(如金、银及其合金)、碳纳米线或纳米管(单壁和多壁)；半导体，包括III-V半导体(包括由Al、In、Ga、N、P、As制成的二元、三元和四元III-V半导体，如GaAs和InP)和II-VI半导体(包括由Zn、Cd、Se、O、S、Te制成的二元、三元和四元II-VI半导体，如ZnO、CdSe)；以及陶瓷。纳米线20可以按收到状态使用或者经受以下更详细描述的一种或多种表面处理。在将纳米线分散液添加到第一液体11之后，纳米线的大部分随后在界面处进行组装。通常，纳米线自发地在界面处组装，也就是说，如果给予充分的时间，纳米线在界面处自对准。然而，纳米线可以经历促进或加速纳米线在界面处组装的一个或多个条件。加速可以用若干方式实现。例如，加速可以通过改变上相的组成、下相的组成或者改变容器的温度来实现。在另一个实施例中，不将纳米线分散液添加到第一液体11，而是首先形成双相液体系统，之后将纳米线添加到所述系统。因此，可以将不同于第一液体11的第二液体12添加到第一液体11。优选地，第二液体12在第一液体11中不混溶或者部分混溶/部分不混溶的。以此方式并且类似于先前的实施例，当将第二液体12添加到第一液体11时，两种液体相分离从而形成双相液体系统。密度较大的液体沉降到容器的底部，而密度较小的液体浮在第一液体11的顶部上，从而得到具有上相、下相以及在上下相之间的界面13的双相系统。在此实施例中，可以在将第二液体12添加到第一液体11之前将纳米线或纳米线分散液添加到所述双相系统或添加到第一液体11。纳米线分散液包含分布在分散液(例如，溶剂)中的纳米线。分散液可以与第一液体11或第二液体12相同。替代地，分散液可以是与第一和第二液体两者均不同的第三液体。替代地，可以添加干燥纳米线。在实施例中，纳米线可以利用使纳米线呈疏水性的化合物(包括烷烃、氟化合物(例如，戊硫醇、全氟癸烷硫醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的方法，其包含：向容器提供流体，所述流体包含第一液体、第二液体以及多根纳米线，其中所述第一和第二液体相分离成下相、上相以及在所述下相和所述上相之间的界面；其中所述纳米线被官能化为在所述界面处垂直对准成纳米线聚集体；其中所述流体具有组成被配置为抵消所述界面的膨胀的物质；以及使所述纳米线聚集体与衬底表面相接触，使得所述纳米线的大部分在所述衬底上相对于彼此对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.21 EP 16175593.91.一种用于将定向纳米线的组合件从流体传递到衬底表面的方法，其包含：向容器提供流体，所述流体包含第一液体、第二液体以及多根纳米线，其中所述第一和第二液体相分离成下相、上相以及在所述下相和所述上相之间的界面；其中所述纳米线被官能化为在所述界面处垂直对准成纳米线聚集体；其中所述流体具有组成被配置为抵消所述界面的膨胀的物质；以及使所述纳米线聚集体与衬底表面相接触，使得所述纳米线的大部分在所述衬底上相对于彼此对准。2.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述第二液体与所述第一液体组合之前将所述纳米线设置在所述第二液体中。3.根据权利要求1或2所述的方法，包含向所述上相添加后续量的所述第二液体的步骤，使得多个纳米线聚集体被互连成更大的连续纳米线聚集体。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述物质的组成增大了所述下相相对于所述上相的相对密度。5.根据权利要求1所述的方法，包含继形成所述纳米聚集体之后改变所述下相的组成。6.根据权利要求5所述的方法，其中改变所述下相的所述组成以便增大其密度。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中通过从所述下相提取一定量的所述第一液体并向所述下相添加一定量的液体来改变所述下相的所述组成，其中所述添加的一定量的液体具有和所述提取的一定量的液体不同的组成。8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的方法，其中改变所述下相的所述组成包括在向所述流体提供所述纳米线之前，以所述物质的超过第一水平的第一浓度向所述下相提供所述第一液体，并且在形成所述纳米线聚集体之后，将所述下相的物质浓度改变成低于第二水平的第二浓度。9.根据前述权利要求中任一权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼克拉斯·莫滕松，雅伊梅·卡斯蒂略·莱昂，
申请(专利权)人：索尔伏打电流公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE