本发明专利技术涉及用于将由绝缘性、半导电性、或导电性材料制成的纳米粒子沉积在由导电性或半导电性材料制成的位于基材上的预定区域上的方法。本发明专利技术还涉及用于制造电极的方法。本发明专利技术的方法包括以下步骤：a)当绝缘性材料区域I尚未存在时，在区域Z周围产生所述区域I；b)通过电接枝的方式将从重氮盐或乙烯基单体盐、或以上混合物制备的聚合物P沉积在形成所述区域Z的导电性或半导电性材料上；c)使用包含双功能分子的涂覆材料来涂覆纳米粒子，所述双功能分子能够与纳米粒子产生键和与聚合物P产生键；d)将在步骤c)中获得的涂覆的纳米粒子混悬在溶剂中，优选为在步骤c)中使用的涂覆材料溶液；e)将在步骤b)中获得的基材S浸泡在步骤d)中获得的混悬物内；以及f)去除聚合物P。本发明专利技术特别地用于制造电极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将由绝缘性 、半导电性或导电性材料制成的纳米粒子沉积在由导电性或半导电性材料制成的基材的预定区域上的方法。它还涉及用于制造碳纳米管的方法和用于制造电极的方法。
技术介绍
在采用碳纳米管的大量应用中，必要的是，将催化剂定位至具有小尺寸的结构中，例如通路(via),从而制造具有小直径的相互连接。在该情况中它是催化剂纳米粒子的物质，即它们最大尺寸具有小于或等于约IOOnm的粒子。而且，一旦催化剂被定位在孔中，则必需使用能够应用在孔中的碳纳米管生长的方法。迄今为止多种技术用于在没有在诸如通路的上层和底部之间选择性定位下沉积催化剂、或任何其它纳米粒子。在这些情况中，使纳米粒子沉积在整个表面上，并且最终通过化学机械抛光(CMP)或通过上层的离子腐蚀来去除以保持仅定位在通路的底部。必须引导沉积方法以防在孔的边上纳米粒子的沉积和碳纳米管的生长。而且，主要难题之一是获得具有小于50nm的小尺寸的粒子，其在至多约1000°C的温度下以及在获得碳纳米管高密度或(在IO11和IO14碳纳米管/Cm2之间)的足够密度中是稳定的。专利技术概述用于沉积催化剂的许多方法描述在文件中，这些方法划分为两主要分类用于沉积薄膜的方法和用于直接沉积纳米粒子的方法。使用沉积薄膜的方法，膜的厚度控制平均尺寸，即通过电子显微镜扫描或传送和统计计算来测定粒子尺寸统计平均值以及粒子密度。然而，对粒子尺寸和密度的控制不能彼此独立地进行。能将沉积退火从而通过反润湿膜来获得纳米粒子。通过联合不一致(notconforming)的沉积和侵蚀来获得在期望区域上沉积的选择性。该类型包括PVD (化学气相沉积)沉积物，通过从溶液开始的化学途径、通过还原金属盐、通过分解金属盐或铁-存储蛋白(iron-storage protein)(铁蛋白)来获得该沉积物。在这种情况中，对沉积没有选择性，因为催化剂扩散的问题，甚至难于在孔底部沉积催化剂。在导体上薄膜的电化学沉积也包括在该类型的方法中。在直接沉积纳米粒子的方法中，在通过以下方式进行沉积的时间处制备纳米粒子通过激光分解等离子体的诸如羰基铁的催化剂的盐、通过在真空下使用靶的激光消融、或最后通过生成直接引入层流反应器的悬浮微粒(aerosol);或者使用第一工序来制备纳米粒子，然后溶解，并且沉积随后发生在表面上。在这种情况中，对于在其上进行沉积的结构没有选择性。另一方面，可使用所有化学来源以获得直径较好分级、因而具有非常狭窄尺寸分布(0. 2nm的数量级(order)的标准偏差)的纳米粒子。事实上，在大量申请中，在具有小尺寸的装置中进行纳米粒子的选择性沉积是必要的。通常，这些纳米粒子是催化剂纳米粒子。 尤其，在采用碳纳米管的大量应用中，必要的是，将催化剂定位在具有IOOnm或更小的数量级的小尺寸的结构中，例如通路，从而制备具有小直径的相互连接。碳纳米管的生长从催化剂纳米粒子开始发生。在本专利技术中，"纳米粒子"理解为是指具有小于10nm、优选为2至4nm的较小平均直径的粒子。在碳纳米管生长的情况中，进一步必要的是，一旦催化剂定位在孔中，则碳纳米管生长的方法能够应用在孔中。沉积纳米粒子的理想特征、尤其是在该申请中合适的催化剂如下-具有非常小直径的粒子(纳米粒子)；-对于温度稳定的粒子(以避免单个粒子的聚结和烧结)。因此，优选使用基于金属氧化物的粒子而不是金属粒子或层的粒子；-在通路的水平和垂直表面之间选择性沉积；-在通路出现的基材顶部和底部的表面之间选择性沉积；以及-对粒子分布的控制(直径9、密度D和标准偏差O )。通过PVD的连续膜的沉积它使具有在水平和垂直表面之间选择性沉积的金属催化剂或金属氧化物的粒子的沉积成为可能。它也使控制粒子直径成为可能。然而，它未使在顶部和底部的表面之间的选择性沉积成为可能。它未使控制粒子的密度和标准偏差0成为可能。通过电化学沉积的粒子连续膜沉积使具有在水平和垂直表面之间以及也在顶部和底部的表面之间选择性沉积的金属催化剂的沉积成为可能。它也使控制粒子的直径成为可能。然而，未使沉积绝缘性的金属氧化物催化剂成为可能，以及未使独立控制粒子密度、尺寸和标准偏差O成为可能。在粒子的连续膜的溶液中化学沉积使金属催化剂或金属氧化物催化剂的沉积以及控制粒子的直径成为可能。然而，它未使在水平和垂直表面之间以及在顶部和底部的表面之间的选择性沉积成为可能，并且它未使独立控制粒子的密度、尺寸和标准偏差成为可能。纳米粒子的PVD沉积使金属催化剂和金属氧化物催化剂的沉积成为可能。它也使对粒子的直径、它们的密度和标准偏差O的控制成为可能。然而，它未使在顶部和底部的表面之间的选择性沉积成为可能。因此，目前无方法符合催化剂的理想沉积的所有标准。本专利技术的目的是提供满足所有期望标准的用于沉积纳米粒子的方法，特别是催化剂的纳米粒子。尤其，该方法使诸如金属氧化物的绝缘性氧化物的纳米粒子的沉积成为可能，它使在高温下保留纳米粒子的完整性成为可能。在本专利技术中，“纳米粒子”理解为具有小于10nm、优选为在2至4nm之间的极小平均直径的粒子。用于沉积纳米粒子的该方法进一步使在具有小尺寸的结构中导致碳纳米管的生长成为可能。因此，本专利技术提供将由导电性、或半导电性、或绝缘性材料制成的纳米粒子沉积在 由导电性或半导电性材料制成的基材S的预定区域Z上的方法，其特征在于，它包括以下阶段a)当由绝缘性材料制成的区域I尚未存在时，在所述区域Z周围产生这些区域I ;b)通过电接枝将由重氮盐、或锍盐、或碘鎗盐、或铵盐、或齒代烷、或乙烯基单体、或这些的混合物中制备的聚合物P沉积在由所述导电性或半导电性材料构成的所述区域Z ；c)使用包含双功能分子的涂覆材料来涂覆所述纳米粒子，所述双功能分子能够与所述纳米粒子产生键和与所述聚合物P产生键； d)将在阶段c)中获得的所述涂覆的纳米粒子混悬在溶剂中，优选为在阶段c)中使用的所述涂覆材料的溶液；e)将在阶段b)中获得的所述基材S浸泡在阶段d)中获得的混悬物内；以及f)去除所述聚合物P。在该方法中，阶段a)和b)能在阶段c)和d)之前和之后进行。定位在目标区域Z的聚合物P用作纳米粒子的“磁体”。在聚合物P和纳米粒子之间没有导致强键的连接或化学反应，纳米粒子连接聚合物，特别是由于它们的涂覆。当区域Z的表面被氧化时，在接枝聚合物P之前，即在阶段b)之前去除该表面氧化物层是必要的。当然，聚合物P的去除发生在已经将基材S从纳米粒子的混悬物中取出之后以及在已经去除混悬物的溶剂之后。能通过任何方式进行聚合物P的去除。优选地，通过聚合物P的热沉积来进行。在聚合物P的该去除中，因为纳米粒子被基材的一部分所吸引，特别是范德瓦尔斯类型的力，所以没有纳米粒子的释放。关于纳米粒子,它们优选金属或金属氧化物的纳米粒子。更优选地，在本专利技术的方法中，纳米粒子是氧化镍、或氧化铁、或氧化钴、或合金、或诸如镍和钴的氧化物、铁和钴的氧化物、也或者铁和镍的氧化物的这些混合物的纳米粒子。当纳米粒子未被氧化时，尤其在金属纳米粒子的情况中，本专利技术的方法另外包括部分或完全氧化它们表面的阶段。例如，通过诸如多元醇的缓和还原剂、肼、硼氢化物还原金属盐；通过在碱性介质中沉淀；通过电子束刻蚀(electron beam lithography)或通过任何其它本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：J·迪乔恩，X·爵伊克斯，J·平森，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：
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