无机纳米线制造技术

无机纳米线及其制备方法，所述无机纳米线具有基本上从无机纳米线上除去的有机支架，所述无机纳米线基本上由基本上不含有机支架的融合无机纳米粒组成。例如，可以通过采用标准生物学方法来修饰基质特异性，使用用于合成单晶ＺｎＳ、ＣｄＳ和独立Ｌ１↓［０］ＣｏＰｔ和ＦｅＰｔ纳米线的基于病毒的支架。可以通过进化筛选方法来选择肽，在高度有序的Ｍ１３噬菌体丝状衣壳上表达纳米粒核化期间，所述方法表现出对组成、大小和相的控制。将特定的核化肽掺入到Ｍ１３外壳结构的通用支架上，可提供用于各种材料定向合成的活的模板，所述材料包括半导体和磁性材料。通过退火除去病毒模板，可促进基于定向聚集的晶体生长，形成各晶体纳米线。基质特异性肽与Ｍ１３病毒线状自我装配的丝状构建体进行交换的独特能力，引入了在以往合成路线中未曾见过的材料可调能力。因此，该系统提供一种通用的工具箱，用于由包括半导体材料和磁性材料在内的各种不同材料来生长和组构纳米线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2004年1月5日申请的、Belcher等的编号为60/534,102的临时申请的权益，该临时申请通过引用全部结合到本文中。本项研究获得以下机构的资助国家科学基金(National ScienceFoundation)的NIRT，资助号＿＿＿；陆军研究办公室(Army ResearchOffice)，资助号＿＿＿；空军科学研究办公室(Air Force ScientificResearch Office)，资助号＿＿＿。美国政府在本专利技术中可享有一定的权利。引言依赖于开发一维材料(包括纳米线和纳米管)的可升级而经济的制作方法的各种技术，一直在刺激材料合成领域的快速而深远的发展。例如，人们一直热衷于一维材料在电子传输(1)、光学现象(2)以及作为纳米线路的功能部件(3)等研究中的应用。对合成半导体、金属和磁性纳米线的“自下而上(bottom up)”方法的研究，已经产生了各种合成策略，包括但不限于蒸汽液体固体(Vapor Liquid Solid，VLS)(4)、化学(5)、溶剂热(solvothermal)、汽相(vapor phase)和模板指导的制作(6)。尽管为制备纳米线而开发的各方法在获得高质量材料方面已经有了一定的成绩，但是目前的方法仍未得到组成完全不同的单分散晶体纳米线。一般而言，制备纳米线的现有方法是不稳定的、难以合成的，而且也不是通用的方法。参见例如Alivisatos等的美国专利第6,225,198号中关于在液体介质中制备II-VI半导体以及所引用的参考文献。Lieber等的参考文献4介绍了寻找通用方法的难度。它介绍了VLS方法，该方法需要使用激光和高温，并且会在不需要的一端产生具有纳米粒(nanoparticle)的纳米线(nanowire)。目前，已经开发了生物因子作为纳米纤维(7、8)、基于病毒的颗粒笼(9)、病毒颗粒装配(10、11、12)和非特异性肽模板(13)的合成定向剂(director)。这是因为在这些系统中的高度组织化、易于化学修饰和天然存在的自动装配基序。Belcher等已经制备了与基因工程病毒支架缔合和结合的纳米线(参见例如Belcher等的美国专利出版物2003/0068900)。支架的作用是作为支架上纳米粒或纳米晶体形式的模板。尽管该技术颇吸引人并具有重要优势，但是仍需要对其进行改进。例如，希望产生改进的特性，例如改进纳米晶体间的融合并减少缺陷。也希望将纳米晶体融合成一个长单晶杆或融合成大晶体域(large crystalline domain)。此外，在许多应用上希望没有和基本上消除与病毒支架结合或缔合的病毒支架。此外，希望控制纳米线的大小及大小的统计学分布，包括例如制备单分散材料和具有受控长度的材料。如有可能，纳米线应能直接使用，而无需在使用之前进行基于大小的分离步骤。也需要使纳米线与其它组分(例如电极)连接，使纳米线具有商业用途。如有可能，这样的连接不应仅是随机连接，而是受到策略性导向和控制的连接。在本说明书结尾处列出了本说明书中大量引用的参考文献，所述参考文献通过引用全部结合到本文中。专利技术概述本专利技术的许多实施方案都在非限制性概述这一小节中进行概述。在一个实施方案中，本专利技术提供无机纳米线，其具有基本上从无机纳米线上除去的有机支架，该无机纳米线基本上由基本上不含有机支架的融合无机纳米粒组成(“实施方案1的无机纳米线”)。本专利技术也提供包含许多这类无机纳米线的组合物和装置。在另一个实施方案中，本专利技术提供包含许多无机纳米线的组合物，其中无机纳米线包含基本上不含有机支架的融合无机纳米粒。在另一个实施方案中，本专利技术提供形成无机纳米线的方法，该方法包括下述步骤(1)提供一种或多种用于无机纳米线的前体材料；(2)提供细长有机支架；(3)使一种或多种前体材料在所述支架存在下发生反应，形成纳米粒，其中该纳米粒沿着细长有机支架的长轴排列；和(4)对该支架和纳米粒进行热处理，通过纳米粒融合而形成无机纳米线。在某些实施方案中，有机支架可以被除去，例如在热处理期间。本专利技术也提供用该方法制备的纳米线。还提供形成无机纳米线的方法，该方法包括下述步骤(1)提供一种或多种用于无机纳米线的前体材料；(2)提供有机支架；(3)使一种或多种前体材料在所述支架存在下、在形成无机纳米线的条件下发生反应。在某些实施方案中，有机支架可以被除去，例如在反应期间。本专利技术也提供用该方法制备的纳米线。本专利技术也提供丝状有机支架在制备无机纳米线中作为牺牲有机支架的用途，该制备方法包括提供丝状有机支架和支架上的无机纳米线前体，使无机纳米线前体转化成无机纳米线，同时除去丝状有机支架，得到无机纳米线。本文提供额外的用途是使用细长有机支架，控制排列于其上的无机纳米线的长度，该控制方法包括对支架进行基因工程改造以控制支架长度的步骤。一个重要的实施方案也是装置，该装置包括与实施方案1的无机纳米线或本文所述的任何其它纳米线保持电接触的电极。在另一个实施方案中，装置还可包括至少两个电极，这两个电极各自与实施方案1的无机纳米线或本文所述的任何其它纳米线保持电接触。装置实例包括场效应晶体管或传感器。在其它实施方案中，装置包括至少两个实施方案1的纳米线或本文所述的任何其它纳米线，其中该纳米线是平行排列或交叉排列的。本专利技术也提供分节段纳米线(segmented nanowire)，其包含实施方案1的无机纳米线或本文所述的任何其它纳米线的多个连接节段。在某些实施方案中，支架用于形成纳米线和/或指导纳米线的定位，然后再除去支架。本专利技术也提供包含许多无机纳米线的组合物，其中无机纳米线包括排列在有机支架上的融合无机纳米粒。在某些实施方案中，支架用于形成纳米线和/或指导纳米线的定位，例如在线路基质(circuitsubstrate)中的定位，然后再除去支架。本专利技术也提供使用细长有机支架来制作纳米线的方法，该方法包括下述步骤(1)提供细长有机支架，该支架包括多个结合位点，这些位点包括沿支架长轴的结合位点和在支架的至少一端的结合位点；(2)沿支架长轴排列纳米线前体组合物，形成有支架的前体组合物；和(3)处理有支架的前体组合物，形成纳米线。在某些实施方案中，支架基本上被除去，例如在处理步骤中。在一个实施方案中，细长有机支架在支架两端都具有结合位点。在另一个实施方案中，该方法还包括使用支架末端的结合位点结合另一结构的步骤。例如，另一结构可以是另一个细长有机支架。本专利技术也提供组合物。例如，在一个实施方案中，提供纳米线组合物，其包含具有热力学高能相的纳米线，或该实施方案的纳米线集合体(collection)，其中该纳米线在长度、宽度或长度和宽度上基本上是单分散的。在该实施方案中，纳米线可以是无机纳米线，例如半导体材料、金属材料、金属氧化物材料、磁性材料或其混合物的纳米线。本专利技术也提供包含融合无机纳米粒的无机纳米线或包含该实施方案的无机纳米线集合(collection)的组合物。在该实施方案中，本专利技术也提供包含融合无机纳米粒的无机纳米线，该无机纳米粒包含半导体材料、金属材料、金属氧化物材料或磁性材料以及这些纳米线的集合。本专利技术也提供基本上由融合无机纳米粒组成的无机纳米线，该纳米粒排列在有机支架上。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机纳米线，所述无机纳米线具有基本上从无机纳米线上除去的有机支架，所述无机纳米线基本上由基本上不含有机支架的融合无机纳米粒组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM贝彻尔，C毛，DJ索利斯，
申请(专利权)人：得克萨斯系统大学评议会，麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US[美国]