官能化的碳纳米管制造技术

碳纳米管在第一基板（３０１）上生长。以预定的深度将第一基板（３０１）上生长的ＣＮＴ（１０１）浸渍在生物溶液中，以便用生物分子对ＣＮＴ（１０１）的端部进行官能化。从所述第一基板（３０１）收集官能化的ＣＮＴ。第二基板用互补生物修饰物（２０３）官能化，所述修饰物是官能化ＣＮＴ端部的生物分子的互补结合伴侣。所述官能化的ＣＮＴ通过互补结合伴侣（２０３）结合于第二基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及碳纳米管，具体来说涉及碳纳米管的官能化。背景信息碳纳米管(CNT)以电子发射模式用于许多应用。在一些这样的应用中， CNT被沉积在基板上，制得场致发射阴极。在它们的电子发射模式下，CNT 在高电场下运作，它们与阴极基板的附着非常重要。主要有两种将CNT沉积 在阴极上的方法。一种方法是通过化学气相沉积(CVD)在基板上进行直接沉 积，该方法通常需要高温，因此不适于低成本基板。另一种方式是使用已经 制成的CNT，在此情况下，为了保证CNT附着于阴极基板上，可使用油墨和 糊料等。尽管这些油墨和糊料有助于将这些种类的CNT附着于基板，但是 碳纳米管的发射特性发生改变，可能需要活化法使得碳纳米管脱离油墨和 糊料组成的粘着层。这些油墨或糊料是基于有机和无机材料的混合物。一 般来说，油墨和糊料中的CNT具有更高的阈电压，它们的电子发射不均匀， 因此难以制造高质量的CNT电视机。另外，有机材料可能会影响电子发射 操作所需的高真空度。附图说明图l显示了基板上生长的具有不同长度的碳纳米管; 图2显示了CNT浸渍在链霉抗生物素蛋白中； 图3显示了官能化的CNT; 图4显示了用生物素涂覆的基板；图5显示了对生物素具有高亲和性的吸附了链霉抗生物素蛋白的CNT; 图6显示了场致发射装置； 图7显示了用来将CNT结合于基板的DNA; 图8显示了本专利技术的另一个实施方式。详述以下描述列出了大量的具体细节，例如特定的阴极材料，以便完全地 理解本专利技术。但是，本领域技术人员可以很清楚地了解，本专利技术可以不采用 这些具体细节而予以实施。在其它情况下，众所周知的线路(circuit)以方框图形式显示，以免以不必要的细节混淆本专利技术。对于大部分，关于计时问题 等细节被省去，因为这些细节并非完整理解本专利技术所需，而且是相关领域 普通技术人员力所能及的。下面来看附图，图中显示的元件不一定按比例显示，在这些图中，相 同的编号表示相似或类似的元件。已经证明，当施加强电场的时候，CNT会在电场中朝向阳极排列。因 此，关于CNT必须预先对齐的理论并不充分。另外，已经证明如果碳纳米管的长度基本相同，使得不会产生破坏均 匀性的较高电场的热点(hotspot)，则电子发射均一性会获得提高。尽管围绕制备用于CNT电视机的阴极的例子进行描述了本专利技术的实施 方式，但本专利技术不限于这些类型的装置。除了制造CNTTV阴极以外，本发 明的实施方式可用于其它的主体、抗体或化学物质，只要它们具有能够沿 CNT的长度互相结合或以固定化的方式结合的特殊能力即可。通过沿CNT 的轴在特定位置对CN进行官能化，可以实现多种光电子装置，以解决由于使用常规种类的微电子方法产生的一些加工和可靠性的问题。本专利技术的至少一个实施方式在CNT的长度上进行精确位置官能化 (precise location functionalization)。例如，在一些情况下，人们希望在CNT 的一端或两端的一小部分进行官能化。在另外的情况下，人们可能希望在 CNT长度的中间部分进行官能化。例如，如果能够仅对CNT的一端(而非整 个长度)进行官能化，则发现了将该局部官能化的CNT锚定于基板上的方法，从而可实现大量的CNT都是以一端锚定于基板，施加电场时，可利用 它们的大部分长度将它们自身朝向阳极。在此情况下，这种方法解决了活化问题、使用油墨或糊料的问题(改进 了装置中必需的真空度)，还可用来筛选与所需的平均长度相比极长或极短 的CNT。另外，可以更容易地控制基板上碳纳米管的密度。例如，下文描述了CNT阴极如何可以用于CNT TV或其它产品的电子 发射。可以将这些阴极制成CNT仅在其一端牢固结合于基板，当它们在电 场中弯曲时，它们长度基本相同，通过这种方式得到非常均匀的电子发射图 案，因此得到了来自阳极的发光均匀性。参见图l,本专利技术的方法首先是通过工业中已知的各种方法在晶片102 上生长CNTIOI。例如，可通过CVD法在晶片102上生长垂直的CNT101，使 得CNT101互相平行，平均高度约为h，其中CNT101长于或短于h。假定最大长度是丄，最小长度是/。可通过图2所示的精确浸渍设备和晶片支架204将其上生长了CNT101 的晶片102浸渍在官能化剂203中，浸渍的精度达到纳米级。因为可能需要 最终阴极上的CNT101在电场中的高度约为h,则晶片102的浸渍方式可使得 只有长度等于或大于h的CNT101的端部能浸渍在官能化剂203中。作为官能 化剂203的例子，可使用链霉抗生物素蛋白，其对另一种化学物质、生物素 具有非常特异的结合性质。参见图3，如荧光显微镜所示，链霉抗生物素蛋 白通过吸附而均匀地覆盖了CNT的浸渍部分(参见Braun等人的DNA模板 化的碳纳米管场效应晶体管(DNA-Templated Carbon Nanotube Field-Effect Transistor), Science,第302巻，2003年，ll月，21)。如上所述进行官能化之 后，通过受控制的化学蚀刻(使用过硫酸铵溶液)、激光、切片机或其它方法 收集晶片102上的CNT101。参见图4，用对链霉抗生物素蛋白具有高亲和性的材料(在此实施例中， 可使用生物素302)涂覆将要作为阴极基底的基板301(例如玻璃)。这些涂层 可通过硫羟基、巯基或胺基表面修饰共价结合于极板的表面。在一个实施 方式中，硅烷化玻璃或带有胺基的氧化铟锡(ITO)表面可以与生物素-NHS 的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯基反应，在基板和生物素之间产生共价键合。参见图5，涂覆了生物素302的基板301使得吸附了链霉抗生物素蛋白-的 CNT401定位于阴极表面。各链霉抗生物素蛋白具有四个生物素结合位点。 该结合对的相互作用导致极为牢固的结合亲和性，Kd:10'(Savage等人, 1992,《抗生物素蛋白-生物素化学A手册》(Avidin-Biotin Chemistry: A Handbook),洛克福德(Rockford),伊利诺伊(Illinois):皮尔斯化学公司 (Pierce Chemical Company))。在此阶段，官能化的CNT沉积在阴极基板上。由于链霉抗生物素蛋白 和生物素之间强烈的特异性结合，用链霉抗生物素蛋白官能化的所有CNT 都将结合于基板，而所有没有用链霉抗生物素蛋白官能化的CNT不会结合 于基板，将会被洗去，如图5所示。此处，通过晶片插入官能化剂(例如链 霉抗生物素蛋白)中的精确深度来确定并控制高度h,从而在从晶片收集的 CNT集合体中有效地获得均一性。由于在晶片上生长的CNT的长度本身可 变，CNT的游离端区域的官能化区域可变。这种变化的官能化区域将附着 于表面(例如生物素层)，剩下h高度可以在电场中向阳极弯曲，如图6所示。 此处，链霉抗生物素蛋白-生物素键合601简化表示为基板表面上的矩形。矩 形601显示了CNT401和生物素层之间的可变的结合区域。图6还显示了如何 制造场致发射装置，例如显示器。可以将磷光体(未显示)添加于阳极。或者，在此方法中可以将生物素-链霉抗生物素蛋白键合颠倒，使得链 霉抗生物素蛋白位于图4的第二基板上。参见图7，可通过例如使用短脱氧核糖核酸(DNA)寡聚物的互补链对该 方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，该方法包括：　在第一基板上生长碳纳米管（ＣＮＴ）；　以预定的深度将生长于第一基板上的ＣＮＴ浸渍于生物溶液中，用生物分子对ＣＮＴ的端部进行官能化；　从所述第一基板收获所述官能化的ＣＮＴ；　通过互补生物修饰物对 第二基板进行官能化，该修饰物是官能化到ＣＮＴ端部之上的生物分子的互补性结合伴侣；　通过互补结合伴侣将所述官能化的ＣＮＴ连接于第二基板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-23 60/761,113;US 2007-1-22 11/625,6531. 一种方法，该方法包括在第一基板上生长碳纳米管(CNT)；以预定的深度将生长于第一基板上的CNT浸渍于生物溶液中，用生物分子对CNT的端部进行官能化；从所述第一基板收获所述官能化的CNT；通过互补生物修饰物对第二基板进行官能化，该修饰物是官能化到CNT端部之上的生物分子的互补性结合伴侣；通过互补结合伴侣将所述官能化的CNT连接于第二基板。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述生物溶液包含蛋白质。3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述生物溶液包含DNA。4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述生物溶液包含碳水化 合物。5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述互补生物修饰物包括 蛋白质。6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述互补生物修饰物包括 DNA。7. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述互补生物修饰物包括 碳水化合物。8. 如权利要求l所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z雅尼弗，
申请(专利权)人：应用纳米技术控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]