碳纳米芽分子的用途和包括碳纳米芽分子的器件制造技术

具有至少一个共价键合到管状碳分子侧部的富勒烯部分的碳纳米芽分子（３、９、１８、２３、２９、３６）用于在器件内与电磁辐射相互作用，其中与电磁辐射相互作用是通过碳纳米芽分子的弛豫和／或激发发生的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米技术。本专利技术尤其涉及基于使用光学激活纳米材料的光学器件和 光电器件以及用于这些器件生产的方法。
技术介绍
发现光学器件和光电器件在例如电信网络和计量学中有许多应用。前述领域内的 器件可以包括诸如激光器、放大器和检测器的有源器件和诸如滤光器、偏光器和吸收器的 无源器件。一般而言，这些器件的关键参数是功率消耗(对有源器件来说)、指示器件使用 寿命的稳定性和与器件功能有关的各种参数；功能参数可以包括，例如电磁辐射的饱和吸 收、电磁辐射的偏振相关吸收、内和/或外量子效率等。包括例如纳米管、纳米线、富勒烯、量子点、纳米颗粒和纳米晶须的新颖的纳米材 料提出一种在光学和光电器件内定制关键参数的新方法。例如，通过在器件结构内的合适 位置处使用这些纳米材料可以将非线性光学效应引入到器件内并在器件内得到增强。虽然 新的纳米材料和纳米结构在改善光学和光电器件的关键参数方面显示出是有前景的，但是 这些材料同时对这些器件的制造提出新的挑战。用于合成纳米结构的方法强有力地依赖于结构本身。一些纳米结构，例如量子点 可以用诸如MOCVD工具的常规的薄膜沉积工具被合成，而包括例如纳米线的纤维网络结构 可能需要专门为合成和/或沉积这些高长径比分子(HARM)设计的工具。包括新纳米材料 的器件的制造通常需要以分子分解来处理材料。这在包括HARM的光学器件内是尤其重要 的，其中具有高长径比的分子的具体方位可以显著影响器件的光学特性。这种器件的示例 是偏光器(偏振滤光器)，其光透射系数取决于入射光的偏振。另外，光学应用中最重要的是纳米材料的纯度和均勻性。为了在器件内加入HARM， 分子被从例如气流中过滤和/或分散在溶液中。这些操作冒向光学器件内加入杂质的风 险，且HARM分散在溶液中通常不足以导致均勻的材料。而且，分散通常需要使用苛刻的处 理，诸如声处理(sonification)和/或使用表面激活剂和功能化材料，这对器件的操作可 能是有害的。许多目前已知的基于纳米结构的光学和光电器件的性能存在难以制造以及功能 化纳米材料的性质的不足。例如，公布W02008/025966A1公开一种包括光学耦合凝胶或光 学粘合剂中的纳米材料的组合物。公布W02008/025966A1所公开的专利技术存在纳米材料，例 如纳米点不均勻地分散在光学凝胶或粘合剂中的缺陷。此外，可能难以由该公布所公开的 纳米材料获得用于光学或光电器件的足够纯度的纳米材料。为了改善现状，且为了开发新的光学和光电器件，重要的是发现具有改善的功能 性、纯度、通用性和均勻性的新的纳米材料。同等重要的是开发新的制造方法，该方法不会 导致这些器件内所使用的材料的降解且不会不利地改变这些器件内所使用的材料的关键 性质。专利技术目的本专利技术的目的是通过基于使用富勒烯官能化的且共价键合的富勒烯官能化的管状碳分子来提供新类型的光学和光电器件，来减少现有技术的前述技术问题。专利技术概述根据本专利技术的用途的特征是由独立权利要求1所呈现的。根据本专利技术的器件的特征是由独立权利要求10或12所呈现的。根据本专利技术，具有共价键合到管状碳分子侧部的至少一个富勒烯部分的碳纳米芽 分子(carbon nanobud molecule)用于在器件内与电磁辐射相互作用，其中与电磁辐射相 互作用是通过碳纳米芽分子的弛豫和/或激发发生的。根据本专利技术的器件包括具有共价键合到管状碳分子侧部的至少一个富勒烯部分 的碳纳米芽分子。该器件包括一个或多个至少部分P型导电的碳纳米芽分子和一个或多个 至少部分η型导电的碳纳米芽分子，使得一个或多个至少部分P型导电的碳纳米芽分子与 一个或多个至少部分η型导电的碳纳米芽分子电接触，以使能辐射性的电子-空穴重组。根据本专利技术的器件包括具有共价键合到管状碳分子侧部的至少一个富勒烯部分 的碳纳米芽分子，且发色团连接到碳纳米芽分子，以影响器件的光谱特征并且增强对于分 子来说电磁辐射的吸收特征的非线性。在此上下文中，碳纳米芽分子与电磁辐射的相互作用应该理解为包括涉及引起电 磁辐射的吸收或发射的纳米芽分子的激发或弛豫的所有过程。器件内一个或多个碳纳米芽 分子可以用于进行与发射、吸收和/或与电磁辐射的其他相互作用有关的功能，这样的器 件的示例包括例如发射器、显示器、激光器、放大器、滤波器、偏光器、光检测器、检测器阵列 (例如，照相机的)、生化传感器、用于在光谱或与荧光相关的应用中使用的标志器、信号再 生器、波形整形器、分散补偿器、波长转换器、光学动力的致动器(如，激光驱动的纳米发动 机)、光学开关、用于光刻过程的结构化增强的材料、具有优良的化学、机械或辐射抵抗性的 防反射(AR)涂层或选择性反射涂层、用于增大信息存储密度的感光材料或全息材料、以及 相位或振幅调制器。这些器件中的一个或多个碳纳米芽分子可以取如网络、沉积物或膜的 形式或者它们可以被结合在诸如玻璃、石英、晶体材料、聚合物、光学凝胶或光学粘合剂的 基质材料中。包括根据本专利技术用于与电磁辐射相互作用的碳纳米芽分子的部件尤其适合于各 种光学器件或光电器件。为此的原因在于碳纳米芽分子的合成过程能够比例如常规的碳纳 米管的合成过程生产纯度更高的、结晶度更高的和更均勻的材料。这是由于纳米芽分子的 特定的几何结构，使得合成过程无需额外的、可能造成损坏的纯化步骤。此生产方法产生满 足许多光学应用的高纯度、高质量和高均勻性需求的材料。此外，碳纳米芽分子在稳定的且 坚固的结构中兼具管状碳分子和富勒烯分子的功能特征，其可以被官能化以改变结合碳纳 米芽分子的材料的性能和行为。这在起到诸如可饱和吸收、反向可饱和吸收、光放大和偏振 的作用的非线性光学应用中是尤其有用的。另外，碳纳米芽分子的富勒烯部分提供用于通 过简单的几何结构考虑或通过富勒烯部分的官能化，使纳米芽分子的管状部分与其邻近物 分离的方法，以便避免或以其他方式控制管-管相互作用，这可以改变包括碳纳米芽分子 的材料的光学特征。应注意，碳纳米芽分子的富勒烯部分可以是富勒烯分子或可能包括富 勒烯分子的其他类富勒烯结构。此外，键合到碳纳米芽分子的管状部分的富勒烯部分或类富勒烯结构可以用于改 变包括碳纳米芽分子的材料的带隙(导电率或半导电率)。这允许材料内的吸收、发射或其他电磁相互作用随波长、温度、化学环境或其他局部条件的变化被调整。键合到碳纳米芽分 子的管状部分的类富勒烯结构可以另外用作两个纳米芽分子之间的桥接分子，或者直接地 或者经由诸如酯基的另一个桥接分子。例如，这可以被用于增强纳米芽分子内载流子的驰 豫和/或减少包括碳纳米芽分子的材料的恢复时间和/或增加沉积物或膜的机械坚固性。在本专利技术的一个实施方案中，将发色团连接到碳纳米芽分子，以增强对于纳米芽 分子来说电磁辐射的吸收特征的非线性。在本专利技术的另一个实施方案中，将发色团连接到碳纳米芽分子的富勒烯部分，以 增强对于纳米芽分子来说电磁辐射的吸收特征的非线性。通过将发色团连接到管状部分或富勒烯部分内的碳纳米芽分子内的反应位置，可 以实现非线性光学材料。此类型的材料因碳纳米芽分子的稳定性呈现出与现有技术的非线 性光学材料相比改进的稳定性。在此上下文中，发色团可以被理解为当与电磁辐射相互作 用时产生期望的光学效应的任何分子结构。导致碳纳米芽分子内的非线性光学效应的发色 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米芽分子（３、９、１８、２３、２９、３６）的用途，该碳纳米芽分子具有共价键合到管状碳分子侧部的至少一个富勒烯部分以在器件内与电磁辐射相互作用，其中所述与电磁辐射相互作用是通过所述碳纳米芽分子的弛豫和／或激发发生的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FI200856672008年6月27日1.一种碳纳米芽分子(3、9、18、23、29、36)的用途，该碳纳米芽分子具有共价键合到管 状碳分子侧部的至少一个富勒烯部分以在器件内与电磁辐射相互作用，其中所述与电磁辐 射相互作用是通过所述碳纳米芽分子的弛豫和/或激发发生的。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于所述碳纳米芽分子用于饱和吸收电磁辐射。3.如权利要求1所述的用途，其特征在于所述碳纳米芽分子用于反向饱和吸收电磁辐射。4.如权利要求1-3中任一项所述的用途，其特征在于所述管状碳分子用于饱和吸收电 磁辐射，且共价键合到所述管状碳分子的所述富勒烯部分用于反向饱和吸收电磁辐射。5.如权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于两个或多个相互对准的碳纳米芽 分子用于在所述器件内使能电磁辐射的各向异性吸收。6.如权利要求1-5中任一项所述的用途，其特征在于所述碳纳米芽分子用于偏振光发射。7.如权利要求1-6中任一项所述的用途，其特征在于发色团连接到所述碳纳米芽分 子，以对于所述纳米芽分子增强电磁辐射的吸收特征的非线性。8.如权利要求7所述的用途，其特征在于所述发色团连接到所述碳纳米芽分子的所述 富勒烯部分，以对于所述纳米芽分子增强电磁辐射的吸收特征的非线性。9.如权利要求1-8中任一项所述的用途，其特征在于所述器件包括两个或多个碳纳米 芽分子，其中所述两个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·P·布朗，
申请(专利权)人：卡纳图有限公司，
类型：发明
国别省市：FI